汽車CAE仿真分析的案例
CAE仿真對汽車零部件的仿真分析（二）離合器熱應力分析
總結：
通過對汽車離合器拉力強度分析，我們可以看出合理運用CAE仿真技術，可以有效的解決汽車研發過程中一些技術上的難點和問題，縮短研發周期從而提升產品的市場競爭力。
CAE仿真對汽車零部件的仿真分析（一）離合器拉力強度分析
汽車行業是一個高速發展的行業，其競爭也日趨激烈，在這種情況下，新產品推出的速度也越來越快，這也對行業的CAE應用提出了越來越高的要求。CAE技術為汽車行業的高速發展提供了具有中心價值地位的技術保障，可以為企業帶來巨大的技術經濟效益。
本月有限元科技將與大家一起分享CAE仿真對汽車離合器、喇叭、空調出風口、儀表盤、汽車座椅等各個零部件的仿真分析案例。
汽車離合器的熱應力和熱變形是汽車行業在可靠性設計中所關心的最基本的問題，通過CAE仿真指出汽車在高溫和相互作用力的條件下產生的集中應力和變形等。仿真數據為汽車離合器產品的全生命周期設計和評估提供重要的參考依據，在汽車產品設計過程中提高可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。下面我們通過一個案例對汽車離合器拉力強度進行分析。
案例分析：
飛輪完全固定，飛輪和摩擦片之間間隙0.35mm，為簡化計算，案例中不考慮盤轂的扭矩以及所有接觸面之間的摩擦，飛輪設置為剛體。
將所有螺絲連接簡化成耦合，將所有接觸面設定為通用接觸，固定住離合器蓋，然后在膜片彈簧局部施加約1200N向外的推力，壓盤將推動摩擦片和從動輪向飛輪方向移動，移動超過0.35mm之后，摩擦片將和飛輪擠壓在一起，計算此時膜片彈簧以及其他零部件的應力以及變形狀況。
展開 汽車NVH仿真分析之CAE
汽車舒適度決定著對客戶的體驗和購買行為，對動力系統NVH、車身NVH、底盤NVH三大部分的CAE仿真分析，能幫助汽車行業客戶有效降低NVH,提高汽車產品的市場競爭力。
CAE在汽車結構及材料優化中的仿真分析與應用
除了這些已成熟的CAE技術之外，近些年在汽車行業也出現了一些新技術如虛擬試車場整車分析、制造車間焊裝鉚接過程模擬分析等。
CAE在汽車優化設計的仿真分析與應用
據統計，汽車每減輕其總質量的10%，燃油消耗量可降低6%~8%，降低排放5%~6%。車身是汽車的重要組成部分，其重量約占整車重量的50%，采用CAE仿真分析對車身結構進行優化設計能有效降低汽車自重。
作為輕量化的重要手段和工具，本文以靈敏度為手段，車身厚度為設計變量，以車身重量最小為優化目標，以車身剛度、模態頻率為約束條件，進行輕量化設計，實現有效減重。
以某車型白車身為例，應用優化設計軟件OptiStruct，以扭轉剛度靈敏度分析為基礎并應用優化算法，在重點保證白車身扭轉剛度和一階扭轉模態性能的前提下，以車身質量的最小化為目標，通過優化各車身零件的厚度，實現減重31Kg，同時扭轉剛度和尾門框菱形扭轉模態頻率均有一定程度的提高，最后應用輕量化系數進行了基于扭轉剛度和一階扭轉模態的輕量化評價。
靈敏度基本原理
車身結構分析中的靈敏度分析是分析車身結構性能參數uj（即設計目標）的變化對車身結構設計參數xi變化的敏感性，其敏感性定義為
優化數學模型
基于車身結構剛度和固有頻率的優化問題數學模型為：
有限元仿真建模
利用HyperMesh前處理建立某車型白車身有限元模型，采用acm單元模擬車身實體焊點，采用三角形和四邊形網格單元進行網格劃分，車身有限元模型如圖1所示，其中單元總數為680257個，四邊形單元591092，三角形單元1747個，三角形比例為2.87%，焊點總數為6557個。鈑金材料屬性：鋼（Steel），彈性模量（E）=210000MPa，泊松比=0.3，密度=7.9g/mm3。
圖1某車型白車身有限元模型
扭轉剛度及靈敏度計算
白車身靜態扭轉剛度作為白車身性能評價指標中比較重要的一種，用于反映白車身結構最基本的靜態特性。
展開 汽車副車架擺臂固定支架強度CAE仿真分析
汽車副車架擺臂固定支架強度CAE仿真分析
1.前言：
副車架是一個支撐車橋和懸架的支架，汽車的行駛系統（也就是車橋，包括車輪、輪軸、差速器等部件）通過懸架元件先安裝在這個支架上，再作為一個整體總成，用起減振抗扭作用的彈性橡膠墊連接到車身上。副車架的作用，相當于在懸架和車身之間增加了一級緩沖，它減輕了車身的負荷，可以明顯改善整車的舒適和操控性。通過CAE仿真指出極限載荷條件下，副車架擺臂固定支架靜強度的應力分布，為進一步改進結構設計提供了理論依據。
2.使用軟件：
HyperMesh，Abaqus，MSC Adams
3.分析方案描述
本次分析主要分三步。
第一步，通過相關數據計算出極限工況下前輪的受力情況。極限工況有三種：顛簸、制動和轉彎，基本可以涵蓋車輛在行駛過程中所受到的極限載荷。三種工況具體參數設置及計算結果如下表所示：
工況
前輪受力（N）
Fx
Fy
Fz
顛簸（az=2.5g）
0
0
9442
制動（ax=0.8g az=1g）
5140
0
6425
轉彎（ay=0.8g az=1g）
0
0
左7307.3 右238.7
第二步，在MSC Adams中建立前懸架及車輪的動力學模型，將第一步的計算結果做為載荷加載到動力學模型上，計算副車架左側擺臂固定支架受力情況。
展開 CAE仿真在汽車儀表板熱分析中的解決方案
汽車儀表盤PCB板的散熱是汽車行業在可靠性設計中經常會遇到的問題，通過CAE仿真指出PCB板里各組件的溫度，熱流道等，為進一步改進結構設計提供了理論依據，為汽車行業在提高可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。
分析概述
汽車儀表盤的設計是否滿足要求，產品的溫度是否在安全系數內？我們通過CAE仿真分析來確定產品溫度上升的空間以及最大溫度的組件的情況，檢測產品的可靠性。通過分析發現產品的所有組件都滿足最低熱要求,熱性能良好。
分析結果
PCBA表面溫度分布(在分部裝配工作時)
外殼表面溫度分布(在分部裝配工作時)
剖切面的溫度 (在分部裝配工作時)
結論
最高結溫在LV47009上是 115攝氏度。
熱模擬、散熱器的溫度上升是大約在30攝氏度到80攝氏度。
所以組件可以滿足最低熱要求,熱性能良好。
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包含內容：HyperWorks和LS-DYNA在汽車碰撞中的應用（PDF+視頻+模型文件）、顯示非線性（沖擊、碰撞、流固耦合）、行人保護、正面碰撞實例、新能源汽車碰撞、約束系統...
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展開 元王二次開發丨新能源汽車電池包CAE有限元仿真分析
一鍵自動創建分析工況及加載條件
6. 自動化后處理
7. 結果分析、定制化報告一站式輸出
元王電池包自動化CAE平臺真正實現仿真自動化，不僅能夠提升仿真效率，同時將標準規范參數化集成，將仿真分析經驗固化到平臺上，助力企業實現仿真經驗傳承。
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展開 仿真科普｜從設計到研發，CAE仿真技術為汽車智造保駕護航
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在當下，汽車行業“卷”速向前，市場對汽車的開發周期、質量、性能和智能有了更高的要求。CAE在保證產品設計的質量、壽命、性能、成本等方面發揮著重要作用，為汽車行業創造了巨大效益。
以福特CAE仿真應用項目為例：
CAE仿真技術不僅可以幫助車企模擬和分析車輛的各項性能指標，同時還能在研發階段預測和識別產品性能的潛在問題，從而優化產品設計，降低試驗成本。[1]
01 CAE仿真技術在汽車中的應用
1. 空氣動力學優化
小米SU7擁有全球量產車中最佳的風阻系數0.195，這一成就的背后，CAE仿真技術功不可沒。通過CAE仿真，工程師可以模擬汽車在不同速度下的氣流行為，優化車身設計，減少風阻，從而提高行駛效率和穩定性。
圖片來源：網絡
2. 結構強度和疲勞耐久分析
汽車結構強度和疲勞耐久分析是保證汽車安全性、可靠性的重要指標，同時也是CAE技術在汽車工程中應用最廣泛的方面。
小米汽車SU7采用了一種名為“鎧甲籠式”的車身結構，其中包含了大量高強度鋼和鋁合金。工程師們利用CAE仿真技術，對車身結構進行多次模擬實驗，預測車身在不同受力情況下的變形和應力分布，從而優化設計，提高車身的強度和穩定性。
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3. 熱管理分析
熱管理是汽車設計中的關鍵因素之一。CAE技術可以用于整車熱管理的分析，研究整車的傳熱介質流場以及換熱過程中所涉及的子系統。
小米汽車搭載的“小米高效雙模熱泵”技術，以及配備三熱源逐級加熱技術，熱管理效率更高，達到了同級更高的低溫續航保持率、同級更快的低溫空調升溫速度以及同級更快的低溫充電速度。
展開 汽車內飾CAE仿真（上）
富維江森CAE組成立于2003年，經過將近13年的努力，建立了較為完整的汽車內飾CAE分析體系，擁有了二十幾項汽車內飾、座椅產品的相關分析能力。
內飾產品相關的分析能力如下：
1. 儀表板頭撞分析
模擬實車碰撞過程中，乘員頭部對儀表板的沖擊。在沖擊過程中，要滿足兩方面的要求，首先儀表板不出現碎裂，對乘員造成傷害；其次頭球的3ms加速度不能超過80g。
2.氣囊靜態展開分析
模擬氣囊在爆出過程中，對汽車儀表板的沖擊作用，依據仿真結果，合理設計氣囊區域的結構。
3.手套箱蓋沖擊強度
手套箱在開啟狀態下，重物對儀表板手套箱施加沖擊載荷，手套箱不應出現箱蓋的裂縫、鉸鏈部分的破損、限位器的脫落和閉合故障。
4.手套箱蓋高溫重載荷
對手套箱施加標準規定的載荷后，手套箱不能出現碎裂和脫出。
5. 副板頭撞
模擬實車碰撞過程中，后排乘員頭部對副儀表板的沖擊。在沖擊過程中，要滿足兩方面的要求，首先副儀表板不能發生碎裂，對乘員造成傷害；其次頭球的3ms加速度不能超過80g。
6. 副儀表板剛強度
副儀表板扶手開啟后，對扶手施加標準規定的載荷后，扶手的變形量滿足客戶標準要求。
展開 
仿真科普｜從設計到研發，CAE仿真技術為汽車智造保駕護航
2024年3月28日，對于汽車產業來說，是歷史性的一天，作為近年汽車行業發布會流量最大的一次，小米SU7的發布讓整個汽車圈為之沸騰，成功收割全平臺熱搜。時至今日，小米汽車依然熱度不減。
隨著“蔚、小、理、特”等造車新勢力的崛起，國產新能源汽車迎來“黃金時代”，汽車行業挑戰和機遇并存。國產汽車如何引領全球市場轉型，走向世界，關鍵在于汽車企業及整個產業鏈的通力協作。
圖片來源：網絡
在當下，汽車行業“卷”速向前，市場對汽車的開發周期、質量、性能和智能有了更高的要求。CAE在保證產品設計的質量、壽命、性能、成本等方面發揮著重要作用，為汽車行業創造了巨大效益。
以福特CAE仿真應用項目為例：
CAE仿真技術不僅可以幫助車企模擬和分析車輛的各項性能指標，同時還能在研發階段預測和識別產品性能的潛在問題，從而優化產品設計，降低試驗成本。[1]
CAE仿真技術在小米汽車中的應用
1 空氣動力學優化
小米SU7擁有全球量產車中最佳的風阻系數0.195，這一成就的背后，CAE仿真技術功不可沒。通過CAE仿真，工程師可以模擬汽車在不同速度下的氣流行為，優化車身設計，減少風阻，從而提高行駛效率和穩定性。
圖片來源：網絡
2 結構強度和疲勞耐久分析
汽車結構強度和疲勞耐久分析是保證汽車安全性、可靠性的重要指標，同時也是CAE技術在汽車工程中應用最廣泛的方面。
小米汽車SU7采用了一種名為“鎧甲籠式”的車身結構，其中包含了大量高強度鋼和鋁合金。工程師們利用CAE仿真技術，對車身結構進行多次模擬實驗，預測車身在不同受力情況下的變形和應力分布，從而優化設計，提高車身的強度和穩定性。
展開 CAE仿真技術在汽車行業的應用
主動安全領域更多的是涉及電子和軟件控制模塊，對控制模型的建立和程序的測試；而在被動安全領域則涉及到汽車碰撞、約束系統的設計開發、車身的性能優化、材料性能研究等等，這些方面均需要利用CAE技術進行仿真建模，不僅重要而且投入巨大。
而碰撞安全這一塊各個國家都有自己強制性的標準，同時也催生了開展新車評價規程（NCAP）的相關組織和機構，咱們國家則是由中汽中心主導的C-NCAP，面向社會發布新車安全性能。
圖3 正面碰撞
b）汽車輕量化
汽車輕量化需要在保證整車安全性能的前提下，同時降低整車質量。它能夠很好的提升汽車的動力性能和經濟性，對燃油車而言大大的減少排放。輕量化技術涉及到優化設計、涉及到整車各個部件的材料性能研究，這里面都會用到CAE仿真技術。
無論是針對車身還是動力總成，優化設計無處不在。常用的Isight軟件綜合各分析模型建立的優化設計模型，為整車的優化和仿真提供極大的便利；除此之外還有像OptiStruct，TOSCA 等結構優化軟件，而各主流CAE軟件也均有自帶的優化功能，當然輕量化還只是優化問題其中的一個應用領域。
c）疲勞及耐久性
疲勞耐久性問題是任何機械產品都匯面臨的問題，無論是燃油汽車還是新能源汽車也都逃不開這個問題。
在汽車行業針對疲勞和耐久性的研究和應用相對成熟，整個過程涉及到工況數據的采集分析，CAE仿真軟件的模擬分析結構薄弱環節，對疲勞壽命計算等，催生了諸如ADAMS、Fatigue、FEMFAT等疲勞耐久性分析軟件。
圖4 疲勞耐久性
d）流體仿真（如空氣動力學）
汽車空氣動力學的研究將影響整車的造型、風阻、經濟性、風噪等，市面上很多車體造型炫酷，流線動感，各種空氣動力學組件使用都是基于提升整車空氣動力學性能。
展開 CAE仿真技術在汽車行業的應用
主動安全領域更多的是涉及電子和軟件控制模塊，對控制模型的建立和程序的測試；而在被動安全領域則涉及到汽車碰撞、約束系統的設計開發、車身的性能優化、材料性能研究等等，這些方面均需要利用CAE技術進行仿真建模，不僅重要而且投入巨大。
而碰撞安全這一塊各個國家都有自己強制性的標準，同時也催生了開展新車評價規程（NCAP）的相關組織和機構，咱們國家則是由中汽中心主導的C-NCAP，面向社會發布新車安全性能。
圖3 正面碰撞
b）汽車輕量化
汽車輕量化需要在保證整車安全性能的前提下，同時降低整車質量。它能夠很好的提升汽車的動力性能和經濟性，對燃油車而言大大的減少排放。輕量化技術涉及到優化設計、涉及到整車各個部件的材料性能研究，這里面都會用到CAE仿真技術。
無論是針對車身還是動力總成，優化設計無處不在。常用的Isight軟件綜合各分析模型建立的優化設計模型，為整車的優化和仿真提供極大的便利；除此之外還有像OptiStruct，TOSCA 等結構優化軟件，而各主流CAE軟件也均有自帶的優化功能，當然輕量化還只是優化問題其中的一個應用領域。
c）疲勞及耐久性
疲勞耐久性問題是任何機械產品都匯面臨的問題，無論是燃油汽車還是新能源汽車也都逃不開這個問題。
在汽車行業針對疲勞和耐久性的研究和應用相對成熟，整個過程涉及到工況數據的采集分析，CAE仿真軟件的模擬分析結構薄弱環節，對疲勞壽命計算等，催生了諸如ADAMS、Fatigue、FEMFAT等疲勞耐久性分析軟件。
圖4 疲勞耐久性
d）流體仿真（如空氣動力學）
汽車空氣動力學的研究將影響整車的造型、風阻、經濟性、風噪等，市面上很多車體造型炫酷，流線動感，各種空氣動力學組件使用都是基于提升整車空氣動力學性能。
展開 汽車內飾CAE仿真（下）
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富維江森CAE組成立于2003年，經過將近13年的努力，建立了較為完整的汽車內飾CAE分析體系，擁有了二十幾項汽車內飾、座椅產品的相關分析能力。
內飾產品相關的分析能力如下：
7. 門板側撞
標準規定的撞擊范圍內，不能有碎裂現象，剛度要滿足客戶要求。
8. 門板扶手、拉手和雜物斗靜強度
對門板的拉手、扶手和雜物斗分別施加標準規定的載荷后，門板結構不能出現碎裂，且變形量要滿足客戶要求。
9. 揚聲器落球試驗
門板揚聲器罩在受到重物的沖擊后，沖擊部位不能出現碎裂。
10. Moldflow分析
通過Moldflow模擬零件的注塑過程，幫助工程師驗證和優化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程。
11. CFD除冰分析
模擬寒冷天氣時，汽車空調對擋風玻璃上的冰雪的去除過程。
12. 模態分析
初始方案一階頻率是40Hz， 更改后一階頻率為98Hz。通過模態分析，提前預測試驗夾具的一階頻率，指導夾具的設計，避免夾具強度不足導致的試驗失效。
13. 拓撲優化
應用OPTISTRUCT對產品結構進行拓撲優化，在保證強度的情況下，降低產品的重量約20%。
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