優(yōu)化設計在商用車質量改進中的應用

2013-06-04 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

在世界商用車領域,隨著越來越苛刻的汽車法規(guī)不斷更新出臺,再加上消費者對汽車質量要求越來越高,這些巨大的壓力促使汽車技術部門工程師不斷尋找各種技術,對產(chǎn)品和系統(tǒng)進行優(yōu)化以達到期望的產(chǎn)品性能,來滿足汽車法規(guī)和市場需求,本文針對東風商用車某些車型駕駛室零件優(yōu)化為例,介紹了運用HyperWorks軟件優(yōu)秀的優(yōu)化功能成功為東風商用車某些車型實現(xiàn)了產(chǎn)品結構優(yōu)化,保證了產(chǎn)品質量,取得了巨大的經(jīng)濟效益。

汪隋來源:Altair
關鍵字:CAE Altair 拓撲優(yōu)化形貌優(yōu)化

1 拓撲優(yōu)化功能改進東風某車型前懸翻轉支架
根據(jù)商用車駕駛室乘員保護標準(詳見ECE R29)規(guī)定,駕駛室在承受正面擺錘碰撞后,要求駕駛室應與車架保持連接。駕駛室前懸翻轉支架是擺錘碰撞中最主要受力件,也是駕駛室與車架連接件,它的強度好壞,直接關系到是否滿足法規(guī)需要。
1.1 駕駛室前懸翻轉支架拓撲優(yōu)化
設計要求:駕駛室承受正面擺錘碰撞中,前懸翻轉支架最大應力水平不應超過材料抗拉強度。
問題描述:原始的駕駛室前懸翻轉支架現(xiàn)已通過道路和臺架試驗驗證,但在模擬駕駛室正面擺錘碰撞仿真分析中,存在局部應力水平過大的問題,為避免在實車擺錘碰撞過程中出現(xiàn)問題,需要對現(xiàn)有的結構進行改進。通過拓撲優(yōu)化設計,確保優(yōu)化后的產(chǎn)品滿足設計要求。
工況描述:
(1)考慮駕駛室翻轉支架承受正面擺錘碰撞沖擊載荷,優(yōu)化后支架最大應力水平不應超過材料抗拉強度;
(2)考慮汽車在實際工況(道路和臺架試驗工況模擬), 優(yōu)化后支架強度應高于或等同于原始方案。
材料屬性:
根據(jù)優(yōu)化模型可以明顯看出材料分布情況,優(yōu)化設計出最終方案(如下圖):

(1)支架中間結構為“工”字型橫截面結構;
(2)支架中間結構為梯形(下粗上窄)豎截面結構;

1.2 計算結果:

1.3 結論:
(1)優(yōu)化后的支架在模擬承受正面擺錘碰撞沖擊作用下,最大應力水平為523Mpa,小于材料屈服極限,滿足設計要求,現(xiàn)已通過實車正面擺錘碰撞試驗。
(2)在模擬汽車實際工況仿真中,優(yōu)化后的支架比原方案強度好,滿足設計要求。
(3)優(yōu)化后的支架外觀和工藝性均沒有任何問題,質量僅僅增加0.14Kg。2 形貌優(yōu)化功能改進東風某車型雜物盒

車用雜物盒作為一個很重要的汽車內(nèi)飾件,在實際使用過程中,經(jīng)常承受各種外界載荷,如,內(nèi)裝雜物的作用力,乘員對其作用力(拉力)。
2.1 車用雜物盒形貌優(yōu)化:
設計要求:在車用雜物盒中央位置水平施加3Kg的載荷,要求負荷部位變形量在10mm以下。
問題描述:原始的車用雜物盒試驗反映有些偏軟的缺陷,需對其進行結構改進,以提高其剛度。通過形貌優(yōu)化,合理布置加強筋,重新優(yōu)化設計出一款新的雜物盒,來滿足設計要求。
工況描述:雜物盒中間位置為剛度最弱的區(qū)域,在此區(qū)域對雜物盒施加3Kg的拉力,通過CAE分析,試驗來驗證經(jīng)過優(yōu)化后的車用雜物盒剛度是否滿足設計要求。

材料屬性:

根據(jù)形貌優(yōu)化結果,雜物盒外表面加強筋布置輪廓為“︹”型結構,考慮產(chǎn)品美觀性,實用性及工藝,最終優(yōu)化設計出新的雜物盒(如下圖)。

2.2 試驗驗證結果及CAE分析結果:

2.3 結論:
    (1)經(jīng)過優(yōu)化設計后的車用雜物盒,負荷區(qū)最大變形量為9.6mm,滿足設計要求,現(xiàn)以通過試驗驗證;
    (2)優(yōu)化后的車用雜物盒剛度比原始方案提高57%;
    (3)優(yōu)化后的車用雜物盒工藝性,外觀均沒有任何問題,現(xiàn)已裝車。
3 總結
通過運用HyperWorks軟件優(yōu)秀的優(yōu)化功能,為東風商用車技術中心產(chǎn)品研發(fā)提供最有力的質量保障,大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,減少高額的試驗費用,同時減輕了產(chǎn)品工程師的勞動強度,極大地降低了成本。

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