[发明专利]基于CAE结构分析的汽车主模型结构优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械产品的优化设计方法，特别涉及一种汽车主模型结构优化设计方法，属于机械工程技术领域。

背景技术

汽车主模型是汽车现代工业中必不可少的检验环节和质量控制工具，作为汽车1：1的“量规”，用以检测汽车零部件的装配尺寸、匹配关系、外观尺寸和运动功能，其外形尺寸精度和定位精度都必须在几十丝以内。现有汽车主模型的设计通常对总体结构进行分块设计，并对分块结构进行详细设计，然后进行加工生产和检验检测。

由于汽车主模型的精度要求很高，如何保证主模型在安装、运输、使用和保存等过程中的尺寸精度，汽车主模型的模块设计或结构设计是否合理，是否会在使用中由于受力出现较大变形，如何控制产品的受力变形都是设计的难点，汽车主模型对周围环境的温度变化比较敏感，因此环境温度造成的热变形会影响尺寸的精度，从而影响主模型检测的效能，而现有的汽车主模型的设计没有充分考虑热变形问题。

目前汽车主模型的设计主要依赖于设计人员在经验基础上的定性分析。由于缺乏可靠的设计依据，缺乏理论指导，设计安全系数较大，设计结构偏于保守，汽车主模型使用材料均为昂贵的进口航空用铝合金，材料成本非常高，汽车主模型结构的保守设计大大增加了汽车主模型的生产成本。如果由于模块设计或结构设计依靠经验设计的不合理导致出现产品修改的问题，往往会造成汽车主模型总体设计的失败，而一个汽车主模型的成本为数百万元，经济上的损失巨大。

发明内容

为了克服现有的汽车主模型设计中存在的设计安全系数较大、设计结构偏于保守、没有充分考虑热变形问题等造成的汽车主模型生产成本的增加，以及会导致汽车主模型总体设计失败的问题，本发明提出一种基于CAE(计算辅助工程)分析的汽车主模型结构优化设计方法，该方法能设计出结构合理的汽车主模型，该汽车主模型大大降低了汽车主模型的生产成本，规避了汽车主模型总体设计失败的风险。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种基于CAE结构分析的汽车主模型结构优化设计方法，包括下列步骤：

1)将汽车主模型分切成数块模块；

2)对各模块进行模块结构初步设计，初步确定模块形状、壁厚、加强筋的布局和形状；

3)应用CAE结构分析对完成初步设计的各模块组合成的汽车主模型进行下列分析模拟：

a.对汽车主模型由于环境温度升高所产生的热变形进行分析；

b.对汽车主模型吊装时的受力和变形进行分析；

c.对汽车主模型在运输过程中受到振动时的受力和变形进行分析；

d.对汽车主模型受到冲击载荷时的受力和变形进行分析；

e.对汽车主模型在其他受力工况下的受力和变形进行分析；

4)通过CAE结构分析得到了汽车主模型整体结构强度刚度的分布情况；若显示某一模块的强度超过许用应力、变形超过许用变形，则返回步骤(1)、步骤(2)，提出改进结构的优化方案；

5)若步骤(4)的显示汽车主模型整体结构强度刚度的分布符合要求，则汽车主模型完成最终设计，并将汽车主模型整体结构强度刚度的分布记录建成数据库。

本发明采用CAE结构分析取代了传统的经验判断和强度校核计算方法，提高了验证分析的能力和准确性，为汽车主模型的模块合理设计提供了依据。本发明利用CAE结构分析对汽车主模型的热变形进行了分析模拟，并据此进行了结构优化，有效地提高了汽车主模型结构抑制变形的能力，提高了产品设计的可靠性和稳定性；利用CAE结构分析对主模型在各种工况情况下进行受力和变形分析，得到主模型整体结构强刚度的分布情况，从而优化设计方案，节约产品材料；通过CAE结构分析，提高了产品研制的成功率，避免了由于汽车主模型使用中的产品变形，造成整体失效等风险；通过CAE结构分析方法，得到了指导设计的有效分析数据，方便设计人员总结出结构设计的经验，可以归纳形成出设计的规范和标准。

本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明的30步骤的汽车主模型的网格划分和边界条件施加的示意图；

图3是本发明的30步骤的汽车主模型内部应力分布图；

图4是本发明的30步骤的汽车主模型变形分布图；

图5是本发明对汽车主模型车头横梁的第一设计方案的变形分布图；

图6是本发明对汽车主模型车头横梁的第二设计方案的变形分布图；