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1、ICAE在汽车设计制造中的应用摘 要本文介绍了CAE的概念、发展及其研究内容，说明了在设计前期引入CAE技术对于减少设计错误、缩短设计周期、提高产品设计质量的重要意义，并从汽车结构强度分析、车身覆盖件成形过程的计算机仿真、汽车碰撞安全性分析、汽车结构优化设计几个方面讲述了CAE技术在汽车产品设计制造中的应用。关键词：CAE，汽车设计制造，汽车动力学，仿真CAE in Carr Deesiggn aand MannufaactuureABSTTRACCTThe connceppt oof CCAE andd deevellopmmentt annd rreseearcch oof CCAE is
2、 inttrodduceed iin tthiss thhesiis. Andd itt inntrooducced thee immporrtannce of usiing CAEE inn deesiggntoo reeducce errrorrs, shoorteen tthe dessignn cyyclee annd iimprrovee prroduuct dessignn quualiity. Fromm thhe sstruuctuurall sttrenngthh off caar, boddy ppaneels forrminng pproccesss off coompu
3、uterr siimullatiion, veehiccle crassh ssafeety anallysiis, auttomootivve sstruuctuurall opptimmizaatioon tto ootheer ddesiign asppectts, thiis tthessis alsso iintrroduucedd thhe uuse of CAEE teechnnoloogy in thee deesiggn aand mannufaactuure of auttomootivve pprodductts.KEY WORRDS：CAEE，Auutommotiive
4、 dessignn annd mmanuufaccturre，VVehiiclee Dyynammicss，Siimullatiion目 录摘要IABSTTRACCTIII1 概述述11.1 CAEE的历史史11.2 CAEE的发展展21.2.1 CCAE在在国外的的发展221.2.2 CCAE在在国内的的发展331.3 CAEE的发展展趋势551.3.1 扩扩大仿真真分析的的范围551.3.2 智智能化、人性化化51.3.3 网网络化661.3.4 我我国CAAE技术术落后的的原因661.3.5 CCAE今今后发展展方向及及设想662 CAAE的相相关理论论82.1 CAEE的基本本概念88
5、2.2 CAEE的基本本结构与与功能882.2.1 CCAE分分析的三三个步骤骤82.2.2 CCAE软软件的结结构与功功能92.3 CAEE的价值值102.4 CAEE的应用用分类1122.4.1 整整车1222.4.2 大大总成或或者大的的子系统统122.4.3 零零部件和和小总成成122.5 CAAE与CADDCAAM1333 CCAE在在汽车设设计制造造中的应应用1443.1汽汽车结构构强度分分析1443.2 车身覆覆盖件成成型过程程的计算算机仿真真143.2.1 CCAE技技术在汽汽车翼子子板拉延延模具设设计中的的应用1143.2.2板板料成型型过程的的显式有有限元计计算1553.2
6、.3 初初始拉延延工艺设设计1773.2.4 计计算机仿仿真1883.2.5 工工艺改进进193.3 汽车碰碰撞安全全性分析析203.4汽汽车结构构优化2254 总结结26致谢277参考文献献28271 概述述1.1 CAEE的历史史CAE起起始于220世纪纪50年年代中期期，而真真正的CCAE软软件诞生生于700年代初初期，直直到800年代中中期的十十多年间间，CAAE软件件是处在在独立成成长阶段段，主要要是扩充充和完善善基本功功能、算算法和软软件结构构。19979年年美国的的SAPP5线性性结构静静、动力力分析程程序向国国内引进进移植成成功，掀掀起了应应用通用用有限元元程序来来分析计计算工
7、程程问题的的高潮。在国内内开发比比较成功功并拥有有较多用用户(1100家家以上)的有限限元分析析系统有有大连理理工大学学工程力力学系的的FIFFEX995、北北京大学学力学与与科学工工程系的的SAPP84、中国农农机科学学研究院院的MAAS5.0和杭杭州自动动化技术术研究院院的MFFEP44.0等等。19985年年前后，在可用用性、可可靠性和和计算效效率上已已经基本本成熟的的、国际际上知名名的CAAE软件件有NAASTRRAN、ANSSYS、ASKKA、MMARCC、ADDINAA、ABBAQUUS、MMODUULEFF、DYYN-33D等。就软件件结构和和技术而而言，这这些CAAE软件件基本
8、上上是用结结构化软软件设计计方法，采用FFORTTRANN语言开开发的结结构化软软件、其其数据管管理技术术尚存在在一定缺缺陷，它它们的运运行环境境仅限于于当时的的大型计计算机和和高档工工作站。近15年年是CAAE软件件的商品品化发展展阶段，CAEE开发商商为满足足市场需需求和适适应计算算机硬、软件技技术的迅迅速发展展，在大大力推销销其软件件产品的的同时，对软件件的功能能、性能能，特别别是用户户界面和和前、后后处理能能力，进进行大幅幅度扩充充；对软软件的内内部结果果和部分分软件模模块，特特别是数数据管理理和图形形处理部部分，进进行了重重大的改改造。新新增的软软件部分分大都采采用了面面向对象象的软
9、件件设计方方法和CC+语语言，个个别子系系统则是是完全使使用面向向对象软软件方法法开发的的软件产产品。这这就使得得目前市市场上知知名的CCAE软软件，在在功能、性能、可用性性和可靠靠性、以以及对运运行环境境的适应应性方面面，基本本上满足足了用户户的当前前需求，这些CCAE软软件可以以在超级级并行机机，分不不是为集集群，大大、中、小、微微各类计计算机和和各种操操作系统统平台上上运行。近40年年来，CCAE技技术结合合迅速发发展中的的计算力力学、计计算数学学、相关关的工程程科学、工程管管理学与与现代计计算技术术，从低低效检验验到高效效仿真，从线性性静力求求解到非非线性、动力仿仿真分析析、多物物理场
10、耦耦合，取取得了巨巨大的发发展与成成就。在日趋全全球化的的市场氛氛围中，企业间间的竞争争将表现现为产品品性能和和制造成成本的竞竞争。而而CAEE在产品品研发及及创新设设计中所所显示出出的无与与伦比的的优越性性，使其其成为现现代化工工业企业业在日趋趋激烈的的市场竞竞争中取取胜的重重要条件件。利用用CAEE软件，可以对对工程和和产品进进行性能能与安全全可靠性性分析，并对其其未来的的工作状状态和运运行行为为进行虚虚拟运行行模拟，及早发发现设计计缺陷，实现优优化设计计；在实实现创新新的同时时，提高高设计质质量，降降低研究究开发成成本，软软缩短研研究开发发周期。它们与与CADD/CAAM/CCAPPP/
11、DDM/EERP等等软件一一起，已已经成为为支持工工程行业业和制造造企业信信息化的的主要信信息技术术之一。借助CAAE技术术，一家家英国的的汽车业业咨询公公司TWWR短时时间内(15周周)完成成一个紧紧凑型家家庭轿车车全尺寸寸模型的的设计、验证和和制造。通过使使用非线线性仿真真软件MMSC.Dyttrann和MSSC.MMarcc重现世世贸大楼楼倒塌全全过程，美国政政府的研研究人员员们找到到了为什什么世贸贸大楼在在仅仅一一个小时时之内就就坍塌了了的原因因。 计算机辅辅助工程程作为一一项跨学学科的数数值模拟拟分析技技术，越越来越受受到科技技界和工工程界的的重视。许多大大型的CCAE分分析软件件已
12、相当当成熟并并已商品品化，计计算机模模拟分析析不仅在在科学研研究中普普遍采用用，而且且在工程程上也已已达到了了实用化化阶段。 事实证明明，在设设计过程程中的早早期引入入CAEE来指导导设计决决策，能能解释因因在下游游发现问问题时需需重新设设计而造造成的时时间和费费用的浪浪费，设设计人员员能将主主要精力力投身如如何优化化设计，提高工工程和产产品品质质，从而而产生巨巨大的经经济效益益。 在现代设设计流程程中，CCAE是是创造价价值的中中心环节节。事实实上，CCAE技技术是企企业实现现创新设设计的最最主要的的保障。企业要要在激烈烈的市场场竞争中中立于不不败之地地，就必必须不断断保持产产品的创创新。衡
13、量CAAE技术术水平的的重要标标志之一一是分析析软件的的开发和和应用。目前，ABAAQUSS、ANNSYSS、NAASTRRAN等等大型通通用有限限元分析析软件已已经引进进我国，在汽车车、航空空、机械械、材料料等许多多行业得得到了应应用。我我国的计计算机分分析软件件开发是是一个薄薄弱环节节，严重重地制约约了CAAE技术术的发展展。仅以以有限元元计算分分析软件件为例，目前的的世界年年市场份份额达55亿美元元，并且且以每年年15%的速度度递增。相比之之下，我我国自己己的CAAE软件件工业还还非常弱弱小，仅仅占有很很少量的的市场份份额。1.2 CAEE的发展展1.2.1 CCAE在在国外的的发展当今
14、国际际上FEEA方法法和软件件发展呈呈现出以以下一些些趋势特特征： （1）从从单纯的的结构力力学计算算发展到到求解许许多物理理场问题题：从板板、壳和和实体等等连续体体固体力力学分析析，发展展到流体体力学、温度场场、电传传导、磁磁场、渗渗流和声声场等问问题的求求解计算算，最近近又发展展到求解解几个交交叉学科科的问题题(所谓谓“流固耦耦合”的问题题)；（2）由由求解线线性工程程问题进进展到分分析非线线性问题题；（3）增增强可视视化的前前置建模模和后置置数据处处理功能能；（4）与与CADD软件的的无缝集集成。都都开发了了和著名名的CAAD软件件(例如如Proo/ENNGINNEERR、Unnigrr
15、aphh iccs、SSoliidEddge、IDEEAS、Benntleey和AAutooCADD等)的的接口。同时CCAD综综合型CCAE工工具的分分析功能能正逐渐渐加强； （5）改改进CAAE方法法中的优优化技术术：引入入各种优优化技术术，优化化参数评评价。具具备智能能的网格格划分器器，以解解决模型型在形状状参数变变化剧烈烈时出现现的网格格奇化问问题；非非线性收收敛的智智能控制制技术对对非线性性优化问问题是不不可或缺缺的。CAE软软件对工工程和产产品的分分析模拟拟能力，主要取取决于单单元库和和材料库库的丰富富和完善善程度，单元库库所包含含的单元元类型越越多，材材料所包包括的材材料特性性种类越越全，其其CAEE软件对对工程或或产品的的分析、仿真能能力就越越强。而而CAEE软件的的计算效效率和计计算结果果的精度度，则主主要决定定于解法法库，先
