輪轂的力學性能是汽車安全性及可靠性的重要影響因素，作為汽車的重要承載部件，需要嚴格保證輪轂的性能滿足國家標準的要求。本案例以某乘用車輪轂為研究對象，應用自主有限元軟件PERA SIM建立輪轂有限元模型，并依據國家標準 GB/T5334-2005《乘用車車輪性能要求和試驗方法》建立仿真工況，完成輪轂的剛度、強度分析，為輪轂的進一步結構優化設計提供了依據。并將計算結果與目前主流的商業軟件比對，驗證了國產自主軟件PERA SIM的高精度計算。

使用軟件：PERA SIM Mechanical

圖 1輪轂網格模型

圖 2輪轂邊界條件與載荷

    圖 3 PERA SIM計算結果云圖

表 1 計算結果比對

轉向節是汽車底盤部分的重要受力零部件，如下圖灰色部位。在車輛的行駛過程中，它不僅承受前軸負載，而且在車輛轉向、制動時還要承受條件惡劣的載荷作用，因此對其強度、抗沖擊性都有很高的要求。為保證行車安全，對其進行強度分析十分重要，一般要進行側滑工況、不平路面工況、緊急制動工況等計算。

本案例對汽車的典型轉向節零件，建立CAE仿真模型，模擬在緊急制動的特定工況條件下，進行結構靜力學仿真分析。

使用軟件：PERA SIM Mechanical

圖 4汽車轉向節產品示意圖

圖 5 網格模型

圖 6 邊界條件及載荷  

圖 7 PERA SIM計算結果云圖

表 2 計算結果比對

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汽車底盤前下擺臂結構強度分析

前下擺臂對懸架具有導向和支撐作用，其變形影響車輪定位，降低行車穩定性。前下擺臂與副車架通過襯套進行連接，一定程度衰減路面傳遞的沖擊載荷。在汽車行駛狀態下，它承受著多變的沖擊載荷，因此要求其具有很高的強度。因此，本案例基于PERA SIM Mechanical，采用慣性釋放，對下擺臂進行強度分析。

使用軟件：PERA SIM Mechanical

  

圖 8 網格模型

圖 9 結果云圖

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汽車車門有限元建模及模態分析

汽車車門是汽車結構的主要組成部分，由具有復雜曲面形狀的內板 、外板及局部加強板通過焊接、膠粘、螺栓等組成的空間薄壁結構。并且車門作為典型的點焊結構 ，焊點布局分析對車門的強度剛度和模態等基本性能具有重要影響。此外，汽車車門是由多塊薄板零件沖壓焊接而成的多層超大面積組合體，需要高質量的四邊形網格，且設計網格連接和共節點。因此，本案例基于PERA SIM PreMech進行模型的前后處理工作，并通過PERA SIM Mechanical進行模型的求解計算，完成車門高質量有限元模型的建立以及結構的動力學分析。

使用軟件：PERA SIM Mechanical＆PERA SIM PreMech

圖 10 車門網格模型

圖 11 整體操作流程

圖 12 車門外板局部模態-位移云圖與應變能云圖

圖 13 一階扭轉-位移云圖與應變能云圖

圖 14 一階彎曲-位移云圖與應變能云圖

通過該案例，展現了PERA SIM的如下核心能力：

• 快速抽取中面和幾何清理（清理自由邊、填補孔洞缺失面、壓縮多余邊和硬點）功能；

• 高質量的殼網格劃分、多種網格修補和網格質量有效檢查功能；

• 豐富的連接功能，能夠快速進行焊接、螺栓、粘結等典型連接的定義。

車輛在怠速或行駛過程中由于車身面板振動引起的室內空腔轟鳴噪聲對乘坐舒適性有很大影響。通過發動機、 懸架、副車架、懸架彈簧、減振器等與車身的連接點傳遞至車身的振動是引起車身面板振動的主要原因。連接點動剛度是室內怠速噪聲與路面噪聲的重要影響因素。對于汽車來說主要考察與車身接附點處的原點動剛度，考慮所關注頻率范圍內該接附點局部區域的剛度水平，如果過低會引起車內較大結構噪聲，對整車NVH性能有較大影響；動剛度不足會對整車乘坐舒適性和車身結構件的疲勞壽命產生十分不利的影響。

因此，本案例基于PERA SIM PreMech對白車身進行模型的前后處理工作，并通過PERA SIM Mechanical進行模型的求解計算，完成白車身高質量有限元模型的建立，并進行汽車白車身頻響分析，獲取加速度曲線和接附點動剛度值，并驗證其是否滿足性能目標值要求，并評估相關風險。

使用軟件：PERA SIM Mechanical＆PERA SIM PreMech

圖 15 整體操作流程

圖 16 結果曲線

車輛在行駛過程中車門應保持較高的穩定性，不可因車輛行駛振動而發生抖動；車門的窗框具有較高的抗變形能力，以避免車門玻璃因車門發生形變而出現升降受阻以及影響汽車整體的密封效果；車門應具有較高的抗下垂力能力，避免因車門在受到較大下垂力情況下發生永久形變而無法打開或關閉；車門外板應具有一定的抗外力撞擊和擠壓的能力，不會因在受到較小外力情況下而發生凹陷，影響車輛的美觀；另外，車門還應滿足一定的靜態擠壓要求。

因此，本案例基于PERA SIM PreMech對車門進行模型的前后處理工作，并通過PERA SIM Mechanical進行模型的求解計算，完成車門的高質量有限元模型的建立，并進行車門的剛度分析。

使用軟件：PERA SIM Mechanical＆PERA SIM PreMech

圖 17 前車門網格模型

圖 18 邊界條件及載荷

圖 19 位移及應力云圖

車身剛度作為汽車最基本、最重要的性能指標，是車身設計過程中需要重點考慮的性能，也是評價車身結構設計優劣的核心。車身剛度直接影響車身的疲勞強度性能、被動安全性能、NVH 性能等。因此，在車身設計過程中，必須保證車身結構的剛度性能滿足要求，再對其針對強度、疲勞、碰撞安全性、NVH 等進行優化，以設計出安全可靠的汽車車身。

因此，本案例基于PERA SIM PreMech對白車身進行模型的前后處理工作，并通過PERA SIM Mechanical進行模型的求解計算，完成白車身高質量有限元模型的建立，并進行汽車白車身扭轉剛度的計算。

使用軟件：PERA SIM Mechanical＆PERA SIM PreMech

圖 20 白車身網格模型

圖 21 變形云圖

上述多個汽車行業的應用案例的測試驗證結果表明，PERA SIM Mechanical能滿足汽車設計過程中多個方向的CAE仿真要求，能夠實現國產化替代需求。