优化设计在商用车质量改进中的应用

2013-06-04 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

在世界商用车领域,随着越来越苛刻的汽车法规不断更新出台,再加上消费者对汽车质量要求越来越高,这些巨大的压力促使汽车技术部门工程师不断寻找各种技术,对产品和系统进行优化以达到期望的产品性能,来满足汽车法规和市场需求,本文针对东风商用车某些车型驾驶室零件优化为例,介绍了运用HyperWorks软件优秀的优化功能成功为东风商用车某些车型实现了产品结构优化,保证了产品质量,取得了巨大的经济效益。

汪隋来源:Altair
关键字:CAE Altair 拓扑优化形貌优化

1 拓扑优化功能改进东风某车型前悬翻转支架
根据商用车驾驶室乘员保护标准(详见ECE R29)规定,驾驶室在承受正面摆锤碰撞后,要求驾驶室应与车架保持连接。驾驶室前悬翻转支架是摆锤碰撞中最主要受力件,也是驾驶室与车架连接件,它的强度好坏,直接关系到是否满足法规需要。
1.1 驾驶室前悬翻转支架拓扑优化
设计要求:驾驶室承受正面摆锤碰撞中,前悬翻转支架最大应力水平不应超过材料抗拉强度。
问题描述:原始的驾驶室前悬翻转支架现已通过道路和台架试验验证,但在模拟驾驶室正面摆锤碰撞仿真分析中,存在局部应力水平过大的问题,为避免在实车摆锤碰撞过程中出现问题,需要对现有的结构进行改进。通过拓扑优化设计,确保优化后的产品满足设计要求。
工况描述:
(1)考虑驾驶室翻转支架承受正面摆锤碰撞冲击载荷,优化后支架最大应力水平不应超过材料抗拉强度;
(2)考虑汽车在实际工况(道路和台架试验工况模拟), 优化后支架强度应高于或等同于原始方案。
材料属性:
根据优化模型可以明显看出材料分布情况,优化设计出最终方案(如下图):

(1)支架中间结构为“工”字型横截面结构;
(2)支架中间结构为梯形(下粗上窄)竖截面结构;

1.2 计算结果:

1.3 结论:
(1)优化后的支架在模拟承受正面摆锤碰撞冲击作用下,最大应力水平为523Mpa,小于材料屈服极限,满足设计要求,现已通过实车正面摆锤碰撞试验。
(2)在模拟汽车实际工况仿真中,优化后的支架比原方案强度好,满足设计要求。
(3)优化后的支架外观和工艺性均没有任何问题,质量仅仅增加0.14Kg。2 形貌优化功能改进东风某车型杂物盒

车用杂物盒作为一个很重要的汽车内饰件,在实际使用过程中,经常承受各种外界载荷,如,内装杂物的作用力,乘员对其作用力(拉力)。
2.1 车用杂物盒形貌优化:
设计要求:在车用杂物盒中央位置水平施加3Kg的载荷,要求负荷部位变形量在10mm以下。
问题描述:原始的车用杂物盒试验反映有些偏软的缺陷,需对其进行结构改进,以提高其刚度。通过形貌优化,合理布置加强筋,重新优化设计出一款新的杂物盒,来满足设计要求。
工况描述:杂物盒中间位置为刚度最弱的区域,在此区域对杂物盒施加3Kg的拉力,通过CAE分析,试验来验证经过优化后的车用杂物盒刚度是否满足设计要求。

材料属性:

根据形貌优化结果,杂物盒外表面加强筋布置轮廓为“︹”型结构,考虑产品美观性,实用性及工艺,最终优化设计出新的杂物盒(如下图)。

2.2 试验验证结果及CAE分析结果:

2.3 结论:
    (1)经过优化设计后的车用杂物盒,负荷区最大变形量为9.6mm,满足设计要求,现以通过试验验证;
    (2)优化后的车用杂物盒刚度比原始方案提高57%;
    (3)优化后的车用杂物盒工艺性,外观均没有任何问题,现已装车。
3 总结
通过运用HyperWorks软件优秀的优化功能,为东风商用车技术中心产品研发提供最有力的质量保障,大大缩短产品开发周期,减少高额的试验费用,同时减轻了产品工程师的劳动强度,极大地降低了成本。

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