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在车身开发的早期阶段,实现结构的快速评估及优化,以最短的周期获得最佳的设计方案,对于降低产品开发成本和提高企业竞争力有着重大意义。CAE技术在近年来得到高速的发展,但是其在国内车身开发的应用中,还基本局限于验证工作,对产品的发展与改进意义不大,缺乏对设计的指导作用。尤其对于早期设计阶段,产品知识少、设计自由度大,一般需要研究大量待选方案,过于依赖复杂的CAD模型和详细的CAE模型的传统产品开发工具及方法并不适合于该阶段的特征。随着国内自主研发能力的增强,寻求新的设计思路和应用工具,实现CAE技术在概念开发阶段指导车身结构优化设计,已成为一个备受关注的课题。
本论文提出“CAE驱动设计”的新理念,力求在产品设计之初就引入优化设计的思想,以满足一定的性能要求为目标进行结构选型与设计。并在此思想指导下,选择合适的新工具,探索高效的新流程,将快速隐式参数化建模技术与CAE分析技术进行结合,寻求最佳的车身结构优化设计方法,真正实现设计与分析的并行。
本论文首先引入隐式参数化模型的概念,对其独特的建模思路进行研究,并基于上汽技术中心某参考车型的有限元模型完成白车身前部车身的参数化建模及数据库搭建工作。通过考察模型的几何、拓扑关系,总结以结构优化理念指导几何建模的思路。然后,结合SFE CONCEPT建模平台的有限元模型自动生成技术,对参数化模型进行定义,建立前车身的有限元分析模型,再与参考车型的后舱有限元模型进行无缝耦合连接。基于LS_DYNA计算平台完成耦合白车身有限元模型在某工况下的碰撞仿真计算,并通过与参考车型进行对比分析,验证模型的有效性。通过此过程,归纳基于隐式参数化建模方法实现CAE仿真分析的流程。最后,规划基于隐式参数化模型实现车身结构优化的设计思路与流程方法,并通过iSIGHT优化平台将建模工具与有限元求解工具进行串联,实现无需人工干预的自动优化循环。并以白车身前纵梁系统为优化对象,实现前纵梁满足碰撞性能要求和轻量化要求条件下的形状优化,以验证优化流程的可行性。
通过本文研究工作,提出了车身前期开发的新流程方法,并证明了方法的有效性,对提高车身结构的设计水平与开发效率具有重要意义。