[发明专利]基于CAE仿真技术的汽车零件以塑代钢优化设计方法

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，尤其是一种汽车零件以塑代钢优化设计方法，属于机械工程技术领域。

背景技术

目前，汽车零部件普遍采用金属冲压件或铸造件制成，产品重量重，成本高，为了满足产品强度和刚度要求，一般通过样件试制、试验验证、修改优化设计、重新生产样件、再通过试验进一步验证的思路进行产品轻量化工作，这种方法工作效率低，产品开发周期长，成本高，同时对试验人员操作有相当高的要求；此外还可采用拓扑优化、尺寸优化、形状优化等技术对冲压件或铸造件进行轻量化设计，在保证产品强度和刚度要求的前提下，通过精简产品结构形状和尺寸，改变产品加强筋布局等进行轻量化工作，但这种方法给成形工艺带来了难题，轻量化效果并不明显。

随着注塑工艺不断发展，高强度注塑材料不断涌现，用注塑材料代替金属材料将成为趋势，针对汽车零部件以塑代钢轻量化技术，目前汽车零部件优化设计主要依赖设计人员在经验基础上的定性分析，产品优化设计相对保守，大大增加了产品的生产成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于CAE仿真技术的汽车零件以塑代钢优化设计方法，该方法设计合理，保证汽车零件各项机械性能的同时，大大降低了生产成本。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于CAE仿真技术的汽车零件以塑代钢优化设计方法，包括以下步骤：

（1）分析汽车金属零件受力情况、装配要求及外形特征；

（2）初步设计汽车注塑零件形状、壁厚、加强筋布局和形状；

（3）应用CAE分析对完成初步设计的注塑零件进行下列仿真分析：

a.注塑成形分析，获得注塑工艺残余应力结果；

b.模态分析，考察以塑代钢后零件整体及局部模态；

c.刚度分析，考察以塑代钢后零件整体及局部静动态刚度；

d.强度分析，考察以塑代钢后零件整体及局部静动态强度；

e.装配过程分析，考察以塑代钢后零件装配预应力对局部强刚度的影响；

f.其它工况分析。

（4）通过CAE分析得到注塑零件模态、刚度、强度等仿真结果，若模态结果一阶固有频率低于目标值，刚度结果超过许用变形量，强度结果超过屈服强度，其它工况分析结果未达到目标值，则返回步骤（2）、步骤（3），提出改进结构的优化方案。

（5）若步骤（4）显示汽车注塑零件CAE各项分析结果达到目标值，则汽车零件以塑代钢优化设计完成，并将汽车注塑零件CAE各项分析结果建立相应的数据库。

本发明采用CAE结构分析取代传统的经验判断和理论强度校核计算方法，提高了验证分析的效率和准确性，为汽车零件以塑代钢优化设计提供了依据；通过注塑成形分析获得注塑工艺残余应力结果，使结构分析在考虑注塑工艺的影响下，与实际工况更吻合；通过模态分析，获得整体及局部模态固有频率，避免与振源共振；通过静动态刚度分析，保证以塑代钢后零件变形量不超过目标值；通过静动态强度分析，可减少应力集中引起的失效断裂，提高静态冲击及疲劳强度，保证设计的可靠性；通过装配过程分析，优化装配工艺，避免由于装配应力引起的强度失效，提高设计的合理性；此外，运用CAE仿真技术可提高汽车零件以塑代钢优化设计成功率，轻量化效果显著，大大降低材料成本，缩短产品开发周期，提高市场竞争力；同时可运用CAE仿真得到指导设计的有效分析数据，便于设计人员总结设计经验，归纳形成设计规范和标准。

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是本发明的流程示意图；

图2是本发明实施例汽车蓄电池塑料托架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本实施例选取汽车蓄电池冲压件托架进行以塑代钢优化设计，根据蓄电池冲压件托架受力情况及装配位置初步设计蓄电池塑料托架1形状、壁厚、加强筋的布局和形状，并根据分析需求建立有限元网格模型并设置材料、属性、边界、载荷条件等，运用CAE分析对完成初步设计的蓄电池塑料托架1进行下列分析模拟，其中许用目标值考虑设计安全系数，刚度、强度分析考虑注塑工艺残余应力的影响。

(1)注塑成形分析，考察蓄电池塑料托架1残余应力；

(2)模态分析，考察蓄电池塑料托架1整体及局部模态；

(3)刚度分析，考察蓄电池塑料托架1整体刚度；