簡析長城汽車3DEXPERIENCE平臺的面向設計人員工程CAE在產(chǎn)品研發(fā)中的應用

本文來自：

達索系統(tǒng)SIMULIA 2017年用戶大會優(yōu)秀論文
滕孟巖，馬曉磊，李志強
長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，保定 071000

摘要：在保證產(chǎn)品性能的前提下，最大可能的縮短研發(fā)周期是車企最迫切的需求，本文講述了達索的3DEXPERIENCE平臺中的CAE工具在我公司縮短汽車產(chǎn)品設計周期，提升設計人員設計能力上的應用。

關鍵詞：縮短研發(fā)周期；3DEXPERIENCE平臺；提升設計能力;

1. 前言
進入21世紀尤其是中國加入WTO以來，汽車產(chǎn)業(yè)面臨的競爭壓力日益激烈，競爭的殘酷性要求企業(yè)必須迅速開發(fā)新車型，快速響應市場才能生存和發(fā)展[1]?？焖夙憫袌鼍鸵笃嚻髽I(yè)在保證產(chǎn)品可靠性的基礎上，設計速度要更快、性能要更好、成本要更低。為了滿足這種挑戰(zhàn)，很多企業(yè)已經(jīng)采用了CAE技術來縮短研發(fā)周期和改善產(chǎn)品性能。然而傳統(tǒng)的CAE分析是由專業(yè)的CAE部門開展，這些部門只進行CAE分析。需要設計部門輸入設計方案，分析完成后將分析結果及優(yōu)化方案反饋給設計部，設計部根據(jù)CAE、總布置、成型等多方意見進行設計修改，然后再發(fā)送CAE部門分析，多次循環(huán)才能完成產(chǎn)品設計，這樣不利于縮短產(chǎn)品設計周期，同時設計人員不能直接看到CAE結果，不知為何優(yōu)化，只能被動接受CAE優(yōu)化建議，不利于設計人員能力提升。這樣大大限制了CAE在設計過程中的作用。

3DEXPERIENCE平臺將產(chǎn)品設計與CAE分析完美的集成在了一起，設計工程師可以在熟悉的設計界面下直接進行CAE分析，更有利于設計人員學習；同時由于沒有幾何形狀的傳遞和轉換，數(shù)據(jù)完整性得到保證。

2. 3DEXPERIENCE平臺中CAE工具介紹

3DEXPERIENCE平臺針對不同學科有不同的CAE工具，本文重點介紹MDS及DRD模塊。

2.1 MDS
在靜力學載荷下進行常規(guī)的強度/剛度分析來評估產(chǎn)品的壽命來指導設計修改。


圖2.1 MDS模塊下命令
分析類型：結構分析、模態(tài)分析、熱分析、疲勞分析等；
模塊特點：具有向導式分析流程，操作十分簡便，易學；


2.2 MDS向導式分析流程界面

2.2 DRD
在大量的載荷情況下利用有限元技術來評估產(chǎn)品的結構完整性，來進行指導設計決策 。


圖2.3 DRD模塊下命令
分析類型：靜力學分析、模態(tài)分析、頻響分析、屈曲分析、瞬態(tài)響應分析、穩(wěn)態(tài)傳熱分析、瞬態(tài)傳熱分析等；


圖2.4 DRD分析類型
模塊特點：操作命令分塊管理，可選網(wǎng)格類型全面，分析類型全面，操作比較簡便；

3. 應用情況

3.1 分析內容
MDS及DRD可以進行點焊、縫焊、螺栓連接、接觸、綁定、彈簧連接等絕大多數(shù)常用連接，可以進行車身、底盤中大部分件的分析。


圖3.1 DRD連接命令

長城汽車自2016年開始使用MDS及DRD模塊，以車身、底盤等部門做試點，先后經(jīng)過數(shù)次培訓，目前已有數(shù)百名設計人員掌握MDS及DRD模塊，可以獨立使用3DEXPERIENCE平臺進行產(chǎn)品設計與CAE分析，現(xiàn)階段主要進行單件及由焊接、螺栓連接組成的總成件分析，包括ACC支架等小支架，鑄鋁下擺臂、轉向節(jié)等鑄造單件，ECU支架總成、翼子板總成等較簡單的總成級部件的剛度強度及模態(tài)分析。
已經(jīng)開展的部分分析項目分析結果如圖3.2所示：


圖2.2 部分分析項目分析結果示意圖

3.2 分析精度對比
采用MDS及DRD進行支架剛度分析（網(wǎng)格均自動生成），結果與CAE分析結果相比精度均在95%以上，完全滿足設計CAE對分析結果精度的要求。
部分部件精度對比結果如圖3.3所示：


圖3.3MDS/DRD剛度分析結果與CAE分析結果精度對比

3.3 分析周期
采用MDS及DRD進行CAE分析，通常有限元模型創(chuàng)建、模型計算只需要幾分鐘到十幾分鐘，操作簡便易學；同時由于沒有幾何形狀的傳遞和轉換，數(shù)據(jù)完整性也能得到最大保證。
部分部件分析周期如圖3.4所示：


圖3.4 部分部件MDS/DRD分析周期（模型創(chuàng)建+計算單位min）

4. 公司收益

4.1 提升設計質量、縮短研發(fā)周期
底盤設計人員在某SUV車型轉向節(jié)設計中，使用3DEXPERIENCE平臺中的CAE工具，在設計完成后用5~10分鐘對轉向節(jié)進行初步分析，識別危險及薄弱位置，而后在設計環(huán)境下完成優(yōu)化，從而提升了設計質量，進而設計與CAE之間的交流輪次減少了1/4，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。
4.2 多方案選優(yōu)，快速準確的確定最優(yōu)方案
車身設計人員在某SUV雨刮支架的設計中，在面對多個設計方案不知該如何選擇的時候，使用3DEXPERIENCE平臺中的CAE工具完成對不同方案的對比分析，來選擇最佳的設計方案。

如表4.1所示：


表4.1 某SUV右側雨刮支架多方案選優(yōu)

通過使用3DEXPERIENCE平臺中的CAE工具分析可知：增加翻邊后剛度顯著提升，且通過對比不同翻邊長度下部件的剛度變化，確定了翻邊最佳長度。

5. 結論
3DEXPERIENCE平臺中的CAE工具具有操作簡便、用時少、分析精度高的特點，能夠縮短汽車產(chǎn)品研發(fā)周期，有利于設計人員快速積累設計經(jīng)驗，能夠提升設計人員設計水平。

6. 參考文獻
1. 宋凱，王超，成艾國，周澤?；诳勺児r的車身覆蓋件抗凹性全流程優(yōu)化方法。機械科學與技術。