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目前鋼材約占車輛重量的六成,，重量一直是汽車企業(yè)的首要關(guān)注的問題，因為重量與燃油效率息息相關(guān),。鋁,、鎂和合成材料等越來越可能替代鋼材組件。雖然鋼材的可靠耐久性經(jīng)驗證,，可能一段時間內(nèi)仍將擔當車體的主要材料,，但汽車生產(chǎn)商在促進鋼車身輕量化方面開始考慮如何做到幾近極限。為了充分了解并全面達到極限，汽車廠商開始采用先進的計算機輔助工程（CAE）工具來優(yōu)化設(shè)計,，以合理成本滿足客戶的質(zhì)量要求，并應對越來越嚴格的油耗要求,、排放標準和碰撞測試要求,。 馬自達汽車公司（日本廣島）汽車開發(fā)部和技術(shù)研究中心近期基于公司的CX-5車型開發(fā)了鋼車體結(jié)構(gòu)跨學科設(shè)計優(yōu)化方法（MDO）。 馬自達的技術(shù)專家Takehisa Kohira指出：“優(yōu)化技術(shù)對更高性能和輕量化這兩大要求之間實現(xiàn)平衡至關(guān)重要,�,！� 團隊的目標是探尋最輕型鋼部件有效組合（按金屬板厚度計算），實現(xiàn)剛度,、NVH品質(zhì),、耐用性和抗撞擊性四方面目標要求，滿足CX-5的“禮帽式”結(jié)構(gòu)要求,。團隊采用多種不同CAE工具,，針對整車車身行為進行建模分析，這些分析工具包括Abaqus,、LS-DYNA,、Nastran等。Kohira指出：“CAE幫助我們改進設(shè)計,，提高分析準確度,，并減少所需的原型數(shù)量�,！盇baqus有限元分析（FEA）在車輛開發(fā)過程中評估強度,、以及整車身組件耐用性和動力總成部件的熱應力。 創(chuàng)建一個總體分析系統(tǒng),，首先優(yōu)化四大目標領(lǐng)域中每個領(lǐng)域的車身行為,，再找到將所有最佳特性融合在一起的最終設(shè)計，確保盡可能的輕量化,，這是一項復雜的分析極具挑戰(zhàn),。 在檢查目標行為中，剛度靜態(tài)和動態(tài)硬度主要涉及線性計算,。而NVH分析則涉及復雜的多物理問題,，需要考慮框架元件的物理互動和整車震動�,？棺矒粜陨婕暗脚鲎驳奈恢煤头较�,，是正面、后面還是側(cè)面,，這是非線性的,，也是最復雜的。Kohira指出：“側(cè)面碰撞分析只涉及彎曲/屈曲層面的問題，可用近似模型預測,。不過,，正面和后面碰撞則涉及強非線性問題，牽扯到許多組件的屈曲和軸向擠壓,，因此重量和性能的綜合平衡在這種分析中就極為復雜,。 為使所有數(shù)據(jù)集中達到“最佳性能”車身結(jié)構(gòu)設(shè)計中，團隊采用了各種試驗設(shè)計（DOE）方法和近似模型,，手動調(diào)節(jié)不同行為間的參數(shù)沖突與約束,。車身的各種性能目標都被視為約束條件，設(shè)計變量為每個車身組件的材料厚度,。Kohira指出：“我們的最終目標是盡可能減輕車重,，但通過手動調(diào)整數(shù)據(jù)組織來實現(xiàn)這一目標需要花費極長的時間�,！� 于是團隊采用Isight進行流程自動化和優(yōu)化設(shè)計探索,。Kohira指出：“一旦我們使用Isight，就能利用DOE分析技術(shù)更加容易的分析最初設(shè)計的局限性,，隨后就能更順利地做出工程決策,。我們能更清晰地看到設(shè)計空間，也能對結(jié)果獲得更好的可視化展示,�,！� Isight通過拖拉方式幫助工程師集成所有CAE軟件到工作流程中，Isight能自動運行權(quán)衡性能指標自動調(diào)整參數(shù)序列滿足約束,。Kohira指出：“利用Isight,，我們能確認、并數(shù)值驗證設(shè)計人員的創(chuàng)意,，并能夠大幅提升設(shè)計者的設(shè)計正確性的信心,。” 將Isight應用到車身優(yōu)化問題有一個有趣的效果,，就是能根據(jù)整體結(jié)構(gòu)性能響應來對組件敏度進行分類,。Kohira指出：“在優(yōu)化過程中，大多數(shù)情況下對性能響應較低的部件都能變得更輕,。另一方面,，對性能影響較大的組件要變得更重厚重。Isight多目標優(yōu)化幫助我們平衡相互矛盾的需求,，同時也能減輕整體重量的需求,。” 那么結(jié)果如何,？團隊實現(xiàn)了重量比CX-5前期設(shè)計減輕3.4%的目標,。多學科設(shè)計優(yōu)化工作方法現(xiàn)在正應用于馬自達的創(chuàng)馳藍天（SKYACTIV）車身技術(shù)開發(fā)項目中，將通過引擎和傳動技術(shù)改進以及輕量化的車身、底盤最終提高汽車燃油效率,。 展望未來,，馬自達團隊計劃對鋁、CFRP（碳纖維增強塑料）等其他材料也可采基于Isight自動化多學科多目標尋優(yōu)MDO系統(tǒng),。Kohira指出：“我們目前已將鋼車身設(shè)計細化到最大極限,。未來設(shè)計除了鋼材之外還會涉及許多其他新材料，不過我們現(xiàn)在已經(jīng)擁有了基于Isight的應對更高復雜性的技術(shù)解決方案,。”
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發(fā)表于 2016-8-19 12:58:04
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