優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,對產品和系統進行優化以達到期望的產品性能,來滿足汽車法規和市場需求,本文針對東風商用車某些車型駕駛室零件優化為例,介紹了運用HyperWorks軟件優秀的優化功能成功為東風商用車某些車型實現了產品結構優化,保證了產品質量,取得了巨大的經濟效益。

汪隋來源:Altair
關鍵字:CAE Altair 拓撲優化形貌優化

1 拓撲優化功能改進東風某車型前懸翻轉支架
根據商用車駕駛室乘員保護標準(詳見ECE R29)規定,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需要。
1.1 駕駛室前懸翻轉支架拓撲優化
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問題,需要對現有的結構進行改進。通過拓撲優化設計,確保優化后的產品滿足設計要求。
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), 優化后支架強度應高于或等同于原始方案。
材料屬性:
根據優化模型可以明顯看出材料分布情況,優化設計出最終方案(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,優化后的支架比原方案強度好,滿足設計要求。
(3)優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飾件,在實際使用過程中,經常承受各種外界載荷,如,內裝雜物的作用力,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。通過形貌優化,合理布置加強筋,重新優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域,在此區域對雜物盒施加3Kg的拉力,通過CAE分析,試驗來驗證經過優化后的車用雜物盒剛度是否滿足設計要求。

材料屬性:

根據形貌優化結果,雜物盒外表面加強筋布置輪廓為“︹”型結構,考慮產品美觀性,實用性及工藝,最終優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)經過優化設計后的車用雜物盒,負荷區最大變形量為9.6mm,滿足設計要求,現以通過試驗驗證;
    (2)優化后的車用雜物盒剛度比原始方案提高57%;
    (3)優化后的車用雜物盒工藝性,外觀均沒有任何問題,現已裝車。
3 總結
通過運用HyperWorks軟件優秀的優化功能,為東風商用車技術中心產品研發提供最有力的質量保障,大大縮短產品開發周期,減少高額的試驗費用,同時減輕了產品工程師的勞動強度,極大地降低了成本。

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