網格變形技術是基于已有的網格模型，在不需要改變CAD 模型的情況下，進行快速三維空間投影變換，直接改變網格單元和節點從而改變模型形狀，產生新的滿足設計要求的車身及其它系統數模。不需要等到新的CAD 模型出來之前即可進行整車性能預測，可以大大縮短前期開發的流程，并且通過網格變形和參數化建模功能快速得到多個設計方案的模型加以對比分析從而確定最優的設計方案。加快設計過程，這種方法稱為仿真領導設計。

分析流程

        在概念設計階段前期，根據前期的包括市場、技術、規劃、財務等部門的可行性分析，確定產品的定位后，需要與造型、總布置、車身、底盤、內外飾等設計部門的工程師多方交流、了解其對于新模型的主要設計要求，在綜合考慮多方面設計元素的基礎上，找定某個基準車型在此基礎上確定目標車型概念車身的變形方案，然后建立覆蓋基準車型車身各主要視圖的控制塊，控制整車的變形。得到與目標車型的基本一致的CAE 數模，然后進行各個性能方向的CAE 分析校核。CAE 仿真分析內容包括：NVH 分析、結構強度分析、CFD 分析、碰撞安全分析、車身結構傳力路徑分析（拓撲優化）、多學科集成優化等。主要過程可以參看圖1 的基于網格變形技術的概念設計階段CAE 仿真分析流程圖。

        另外網格變形技術還可以對整車CAS面及CAD模型進行變形。對于變形后的CAD模型還可以開展鈑金件沿用性分析、幾何尺寸及公差分析，鈑金件成形工藝、焊接及涂裝工藝等同步工程分析。進一步細化概念階段設計的任務，提高概念設計階段發現和解決的問題比例。

典型案例

        本文所述案例是基于DEP Meshworks軟件，在概念設計階段針對一款正向開發車型進行了NVH、CFD 性能預測及拓撲優化工作，整個項目的開展只需要10 天左右的時間，即可替代一個輪次約3 個月的設計開發及分析工作。在前期指導工程師開展設計工作，體現了應用基于網格變形技術的概念設計階段CAE 仿真分析的科學性及先進性。

1. 變形方案

根據與設計部門的交流，確定如下變形方案：

（1）沿前后底板搭接處開始，軸距拉伸70mm；

（2）車頂加高35mm；

（3）寬度方向兩邊分別加寬15mm；

（4）鉸鏈柱與風擋橫梁連接處前移；

（5）前艙、側圍、門洞、后部等處的造型投影變化。

    根據上述變形方案，建立各主要視圖上控制整車變形的控制塊（圖3-3），與整車模型鏈接，綜合運用平移、映射等變形方式，以實現對整車模型進行以上五項結構變化。

    在鉸鏈柱連接處前移過程中，發現前風擋下橫梁與前減震器座干涉。通過與總布置、車身工程師共同討論相關方案，確定了局部的修改方案，對風擋下橫梁及相關零件進行重新設計。最終得到基本滿足設計要求的目標車型的CAE 分析模型。

2. 性能分析及拓撲優化

        基于網格變形及局部結構修改后的模型，對目標車型進行了有限元模態剛度分析及性能提升、外流場分析及傳力路徑分析。

    1）白車身模態剛度分析及性能提升

        模態分析是模擬自由約束條件下白車身的結構動態特性，其特性用力學系統運動微分方程的特征值及特征向量即頻率和振型來表征。白車身扭轉剛度分析是模擬某車型的白車身固定在臺架上，在前減震器座支點處施加一對力偶T 后，白車身上沿車身縱向各截面處的角變形和扭轉剛度值。彎曲剛度分析是模擬門檻與H 點所在的YOZ 平面相交處集中加載，計算沿車身縱向各截面處的垂直位移和彎曲剛度值。變形前后的車身模態及剛度分析結果如表3-1 所示：（由于涉及保密問題，表中模態剛度數據采用了歸一化處理，設計目標值定為1。）

        變形后的模態及剛度值都沒有達到目標值要求，我們對變形后的車身進行了性能提升分析。由于基準車身的白車身模態剛度都不滿足目前新車型的目標值，說明之前的車身關鍵結構的典型截面參數都不很理想，經過加長、加寬、加高的變形后性能更差。因此對于影響白車身模態剛度的典型截面進行了參數化變形設計（見圖3-5），并且對局部結構進行加強設計。

        經過這第一輪性能提升后，模態剛度均有所提高，但還未達到目標值，在此基礎上我們又進行一輪基于模態的車身鈑金件靈敏度分析，對部分敏感件也進行適當增厚。第二輪性能提升方案的結果完全達到目標值要求，而且性能提升后的白車身的輕量化系數為 4.37，遠高于基準車型及其他未應用基于網格變形技術的CAE 仿真分析的同平臺車型。

3. 整車簡化模型外流場分析

        應用CFD 分析技術對基準車型、實施上述變形方案的目標車模型以及最終確定的整車CAS 面進行外流場的對比分析，得到包括空氣阻力系數、壓力的分布等結果。如表3-2 及圖3-7 所示：

 

        從表3-2 及圖3-7 可以看出，概念階段通過網格變形得到的模型與后期真實的分析模型的結果相差非常小，只有在前格柵和發動機罩局部區域因為細節設計有所出入。在概念階段完全可以起到指導設計的作用。同時，通過對模型的局部改型，能夠方便快捷地進行空氣動力學性能優化。

4. 傳力路徑分析

        在CAS 面及總布置有個初步的方案時，需要確定一個合理的車身結構，能具有較好的模態剛度性能并滿足各種碰撞安全法規要求，傳統的車身設計都是為了滿足各種性能而“拼湊”車身結構，導致后期有很多性能不能兼顧或無法達到預期的設計目標。本案例根據目標車型前期的CAS 和總布置方案，在整車CAS 面所圍成的設計空間基礎上再減去必要的內飾及功能件布置空間，剩下的空間作為優化設計空間（圖3-8）進行模態追蹤及優化。

優化目標：目標車型的模態剛度耦合函數COMB 最小化。；

約束條件：模態剛度大于目標值；目標質量與總優化設計空間質量比值大于目標值。

設計變量：單元密度。

優化后，得到如圖3-9 所示的傳力路徑分析結果。紅色區域是基于模態及剛度性能較優的車身結構傳力路徑。設計工程師在開發過程中參考此傳力路徑，將會保證獲得較良好的模態剛度性能。（若要將傳力路徑分析結果真正應用到車身結構設計中，還需要綜合考慮各種碰撞安全仿真分析工況。）

總結

    通過應用DEP MeshWorks軟件基于網格變形技術的白車身模態剛度分析、外流場分析及傳力路徑分析，得到了以下結論：

（1) 在概念設計階段開展基于網格變形技術的整車CAE 分析，能夠在前期快速高效的預測整車各方面的性能，及早發現設計缺陷，并找到相對最優的設計方案。

（2）基于網格變形技術開展的零部件及整車系統級的性能預測和參數化分析，計算精度比文中提及的簡化模型要高得多，能更好地指導設計人員從整體及細節方面把握設計開發工作。

（3）目前基于網格變形技術概念階段的CAE 仿真分析除上述分析外，還在開展碰撞安全性能、結構強度的預測及多學科集成優化工作。另外對于基于變形的CAD 數模的尺寸公差分析、沖壓成型、焊接、涂裝等工藝分析的應用，還需要進一步研究。

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