CAE仿真技术在汽车开发中的应用

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汽车开发是一项复杂的系统工程，零件多且结构复杂。在整车开发过程中，涉及到流体、结构、温度、电磁、NVH及车辆动力学等多方面知识。

CAE技术应用在汽车开发中，可大幅度提升汽车开发设计的能力，指导新产品的开发设计，优化产品结构与性能，达到降本增效的目的，从而提升汽车生产企业的市场竞争力。

统计结果表明，应用CAE技术后，新车开发期的费用占开发成本的比例从80％～90％下降到8％～12％。

例如：美国福特汽车公司2000年应用CAE后，其新车型开发周期从36个月降低到12～18个月，开发后期设计修改率减少50％，原型车制造和试验成本减少50％，投资收益提高50％。马自达依靠CAE与试验来缩短产品试验和样车完成的时间，其产品样车的完成由3.5个月缩短到1.5个月，试验周期从4.5个月缩短到2.5个月。

如果说CAD是在帮助工程师创造更丰富、更优美、更实用的几何实体设计，那么CAE则在产品设计的质量、寿命、性能和成本等方面发挥着更加重要的作用。

CAE在汽车开发中的应用

结构强度分析

汽车结构强度分析是保证汽车安全性、可靠性的重要指标，因此汽车结构强度分析也是CAE技术在汽车工程中应用最广泛的方面。

汽车结构强度分析一般都是应用有限元法对汽车的结构进行数值计算。由于汽车是一个非常复杂的结构，大多数的分析计算都是针对汽车的某些重要部件或总成（例如车架、悬架、传动系等），进行分析的内容主要包括静力分析、特征值分析以及瞬态动力分析。

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NVH分析分析

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（噪音、振动、平稳）性能，因此汽车开发中也必不可少要进行NVH分析。

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。

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疲劳耐久分析

疲劳耐久性能是指汽车在正常的使用条件下，各主要结构部件在功能失效前所经历的时间，评价指标为失效时的行驶里程数。

目前采用的CAE方法是利用道路试验所采集的载荷，计算车身及关键部件连接处载荷的时间历程，用有限元方法计算单位载荷作用下的应力应变，结合材料的疲劳破坏试验曲线，计算车身及其他关键部件的疲劳寿命，从而减少道路模拟试验。

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碰撞安全分析分析

汽车安全性分为主动安全性和被动安全性。主动安全性是指汽车能够识别潜在的危险自动减速，或当突发的因素出现时，能够在驾驶员的操纵下避免发生交通事故的性能；被动安全性是指汽车发生不可避免的交通事故后，能够对车内乘员或行人进行保护，以免发生伤害或使伤害降低到最小程度。

使用CAE技术对汽车碰撞过程进行仿真模拟，主要包括正碰、侧碰、后碰、40％偏置碰和行人保护等方面。因碰撞属于大变形的非线性问题，实车模拟碰撞往往试验成本较高，仿真模拟可以大幅度降低试验成本。

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空气动力学分析

汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识，研究汽车行驶时，即与空气产生相对运动时，汽车周围的空气流动情况和空气对汽车的作用力（称为空气动力），以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的影响。此外，空气对汽车的作用还表现在汽车发动机的冷却、车厢里的通风换气、车身外表面的清洁、气流噪声、车身表面覆盖件的振动、甚至刮水器的性能等方面。