近期，由e-works和安世亚太公司联合举办的第二届精益研发大赛已进入第二轮角逐（http://www.e-works.net.cn/TemporaryCampaign/Pera2012/Works03.aspx）。在所有晋级的企业中不难发现一个共同点——CAE技术在产品研发中的深入应用。
CAE仿真技术的应用
在这些企业中，有 4家来自汽车行业：申龙客车、长城汽车、东风汽车、合力叉车（工业车辆），它们的参赛作品也向我们展示了CAE技术在汽车行业的成熟运用。
申龙客车
车身骨架仿真优化
东风重卡
除霜风道CFD优化
碰撞仿真
长城哈弗H6
模态分析
进排气系统仿真
合力K系列叉车
结构强度分析
CAE技术在汽车行业的应用从最初的线弹性部件分析到汽车结构中大量的非线性问题分析，到现在汽车疲劳寿命分析、NVH分析、碰撞模拟等，CAE分析几乎涵盖了汽车性能的所有方面。迄今为止，成熟的CAE技术应用于汽车行业的方面主要有：
1，刚度和强度分析
汽车结构的刚度和强度分析主要包括：
（1）车架和车身的强度和刚度分析。车架和车身是汽车结构中最为复杂的受力部件，其强度和刚度分析对整个汽车的承载能力和抗变形能力至关重要。此外，基于强度和刚度分析的车架和车身结构优化对整车的轻量化从而提高经济性和动力性也有很大作用。
（2）齿轮的弯曲应力和接触应力分析。齿轮是汽车传动系中主要的传动零件，受到齿根弯曲应力和齿面接触应力，通过有限元分析优化齿轮参数能提高齿轮的承载能力和使用寿命。
（3）发动机零件的应力分析。发动机零件在工作过程中受到气缸内气体的高压力和热应力，通过有限元分析找出应力集中的危险部位加以改进则可以预防事故发生。
2，结构动力学分析
不同于静力分析，结构动力学分析用来研究变化载荷对结构或部件的影响，同时考虑阻尼及惯性效应的作用，这样也更能真实地模拟汽车的使用情况。结构动力学分析主要包括模态分析、强迫振动、瞬态响应、随机振动，具体到分析内容则有整车操纵稳定性分析、悬架和转向系统动力学仿真、连杆机构多体动力学分析、发动机模态分析、刹车过程分析、轮胎滚动分析等。
3，NVH分析
NVH性能指标即噪音（Noise）、振动（Vibration）、平稳（Harshness）三项，即乘坐“舒适感”。随着收入水平的提高，消费者越来越看重汽车产品的舒适性即NVH性能，因此汽车开发中也必不可少的要进行NVH分析，主要包括动力系统NVH、车身NVH、底盘NVH三大部分。而汽车NVH分析则涉及到汽车在各级频率的模态分析，不同路面工况激励下的汽车振型，还有风噪、发动机噪声、轮胎噪声等声学研究，这些都离不开CAE仿真分析。
4，碰撞分析
作为最常用的交通工具，汽车的安全性能是汽车厂商和消费者双方都高度关注的问题，政府相关部门也为此制定了一系列评价标准，所以在汽车结构的刚度和强度分析之后，还必须通过CAE工具进行碰撞仿真分析对汽车安全性加以验证。在汽车安全性设计中需要执行包括不同的碰撞方向、不同的碰撞速度、不同的重量、不同的假人及坐姿等碰撞分析，通过分析结果来对汽车结构设计进行相应的优化。
5，疲劳分析
传统的产品疲劳性能验证依赖于精准的疲劳试验数据，为了得到这些数据需要几年甚至更多时间来在样机上进行大量的疲劳试验，发现设计错误并改进。根据疲劳理论，疲劳破坏主要由循环载荷引起。从理论上说，如果汽车的输入载荷相同，那么所引起的疲劳破坏也应该一样。所以可以通过CAE仿真技术用载荷谱模拟和加载，预测寿命和反馈优化，大幅度压缩试验时间、缩短开发周期。
6，空气动力学分析
汽车空气动力学分析即通过CFD技术模拟汽车行驶与空气产生相对运动时，汽车周围空气流动情况与汽车动力相互影响。由于空气动力对汽车发动机冷却、驾驶室通风和空调内流、汽车空气动力噪声、车身表面覆盖件的振动甚至刮水器的性能各方面有重要影响，所以汽车开发过程中进行空气动力学分析从而优化汽车曲线、尺寸、部件过渡等来减少空气阻力系数是很有必要的。
7，结构/材料优化
优化设计包括尺寸优化、形状优化、形貌优化和拓扑优化，而表现在汽车设计中则有轻量化、材料节能环保、提高动力性能等。在维持汽车重要区域原结构、车身模态和刚度性能等基本不变的基础上，对于其他部位进行优化从而达到轻量化、新型材料应用等。基于CAE分析的优化设计也常用于新车型的开发。
除了这些已成熟的CAE技术之外，近些年在汽车行业也出现了一些新技术如虚拟试车场整车分析、制造车间焊装铆接过程模拟分析等。
虽然我们一直提到CAE技术能帮助企业缩短产品研发周期，保证产品质量，提高产品核心竞争力，节省成本等等，但是国内CAE技术的应用仍然只是集中在资金充足的航空航天、军工等行业和已经很早就形成了成熟技术体系的汽车行业，而很多其他行业对CAE仍然处于观望或者痛苦的探索阶段，究其原因也大体离不开资金状况、对CAE技术的认识、国内CAE技术的整体应用这几点。本次精益研发大赛也正是为了给国内制造企业搭建一个展示、交流精益研发技术特别是CAE技术的平台，希望越来越多的企业能通过具体的产品进一步认识CAE技术、应用CAE技术。
发表于：
2012-11-09 15:46 阅读(10995)
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