[发明专利]基于CAE仿真技术的高强钢汽车零件轻量化设计方法

说明书

本发明涉及基于CAE仿真技术的高强钢汽车零件轻量化设计方法，属于汽车零件轻量化设计技术领域。技术方案是：1）汽车零件基础性能分析；2）确定轻量化方案；使用高强钢替代原用材料进行轻量化；3）应用CAE仿真技术对汽车零件进行轻量化仿真分析，验证轻量化方案是否可行；4）试冲验证；5）整车验证；6）达到轻量化目标并形成轻量化设计方案。本发明有益效果：采用CAE仿真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，为高强钢汽车零件轻量化设计提供了依据，轻量化效果显著，大大降低材料成本。同时，该方法极大的缩短汽车零件的开发周期，提高了汽车零件的市场竞争力。

技术领域

本发明涉及基于CAE仿真技术的高强钢汽车零件轻量化设计方法，属于汽车零件轻量化设计技术领域。

技术背景

汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整车质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。研究表明，一辆轿车的质量若能减少10%，则其燃油经济性可提高3%～4%，同时汽车的排放也会降低。随着环保要求越来越严格，汽车主机厂对轻量化的研究也越来越深入。汽车零件轻量化就是采用现代设计方法对汽车零件进行优化设计，在确保汽车安全性、抗振性、舒适性等综合性能指标的前提下，尽可能降低汽车产品自身重量，以达到减重、环保、安全的目标。应用轻量化技术降低车身重量的工艺方法主要有以下三点：

更换材料：以高强钢、铝镁合金或者其他低密度材料替代现有钢铁材料；

优化结构：利用拓扑优化、厚度减薄、模块化设计等手段优化车身结构；

优化工艺：利用辊压成形、液压成形、热成形、激光拼焊等先进成形技术，优化车身生产工艺。

相对于优化结构及优化工艺，更换材料显然更加具备可操作性。采用高强钢生产汽车零件，不仅可以降低零件的厚度，还可以提高零件的抗凹陷性和抗冲击强度，增加了汽车零件的使用寿命和安全性。另外，相比铝、镁、碳纤维等低密度材料，高强钢还具有良好的经济性。从而使高强度钢得到了汽车主机厂及钢厂的广泛关注。虽然国内汽车行业近十年来发展飞速，但是国内各大主机厂的量产车型中，依然有大量的汽车零件采用强度较低的软钢，因此，汽车零件轻量化潜力非常巨大。但是，目前高强钢汽车零件轻量化主要依靠经验和试错法，不仅需要投入大量的人力物力，而且最终得到的轻量化结果并不理想。

发明内容

本发明目的在于提供基于CAE仿真技术的高强钢汽车零件轻量化设计方法，通过制定轻量化方案，利用模拟分析软件，对高强钢汽车零件进行轻量化设计，获得了可行性轻量化方案，最终通过试模及整车试验，达到轻量化目标，解决已有技术存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

基于CAE仿真技术的高强钢汽车零件轻量化设计方法，包含以下具体步骤：

1）汽车零件基础性能分析：包括汽车零件厚度以及所用材质，汽车零件外形特征、受力情况及装配要求等；

2）确定轻量化方案（厚度减薄及材质升级）；使用高强钢替代原用材料进行轻量化；

3）应用CAE仿真技术对汽车零件进行轻量化仿真分析，验证轻量化方案是否可行；

4）试冲验证：批量冲压，使高强钢汽车零件得到批量生产认可；

5）整车验证：将经过轻量化的零件进行装车，并分别完成台架、碰撞以及路试的试验；

6）达到轻量化目标并形成轻量化设计方案。

所述步骤2)至步骤5)，若合格则进行下一步，若不合格则返回步骤2）。

首先对汽车零件进行分析，确定厚度及材质，根据零件结构、在整车上的受力及装配要求，按照厚度减薄≦20%,强度提升≧30%，选择适用的高强钢材料，制定轻量化方案；