基于SFE CONCEPT的某平台改款车型车身结构轻量化设计

首先,利用SFE CONCEPT建立某平台老款车型白车身的参数化模型,通过将参数化模型的白车身刚度和模态分析结果与传统有限元模型分析结果进行对比,验证了参数化模型的精确性。其次,按照改款车型的最新造型对参数化白车身模型进行更新,得到改款后的车身刚度和模态性能。接着,对改款车型的上车身进行拓扑优化,得到新的传力路径设计。然后,对拓扑优化后的上车身,选取关键位置处的截面,考虑刚度和模态两个学科,进行截面的灵敏度分析,基于灵敏度分析结果筛选变量进行多学科优化。最后,以上车身非安全件的料厚作为设计变量,考虑车身刚度性能进行料厚灵敏度分析,综合考虑碰撞、NVH等性能提出料厚优化方案。通过拓扑优化、截面优化和料厚优化,在满足性能目标的前提下,车身减重约17.5 kg,取得了显著的轻量化效果。

基于隐式参数化的车身轻量化设计

为提高车身优化效率,在新车型概念开发阶段基于CATIA SFE CONCEPT构建了某参考车型隐式参数化车身模型,利用该参数化模型完成了车身模态、刚度等综合性能的计算,并与性能试验结果进行了对比,验证了该模型的有效性。在此基础上,基于车身概念造型面及主断面,对车身参数化模型进行拟合,利用灵敏度、试验设计及近似模型等优化策略对拟合车身进行多学科集成优化,实现了“仿真驱动设计”的理念,获得了产品的轻量化设计方案。优化结果表明,在白车身弯曲、扭转刚度和模态频率等综合性能基本不变的情况下,实现优化降重15 kg(轻量化率达4.51%),轻量化效果明显,提升了产品研发效率。

基于隐式参数化的车身概念开发

以某新车型研发为契机,运用"分析驱动设计"进行概念阶段的车身开发。基于参数化技术构建白车身和覆盖件的全参模型,通过模态和刚度仿真评估车辆的NVH性能,并基于模态和刚度进行厚度灵敏度分析;同时,通过与同级别车型前/后悬架、动力总成等有限元模型进行耦合,进行了整车碰撞仿真,以评估其耐撞性能,在早期阶段快速获得整车综合性能,缩短满足结构刚度、NVH性能、耐撞性和轻量化等要求的车身结构的开发周期。

参数化模型数据库的建立及应用

针对SFE CONCEPT^(TM)参数化建模设计软件的传统建模方式,存在建模速度慢、上手难度高、通用率低的特点。在白车身早期开发阶段,引入SFE参数化模型数据库概念。对跨平台多款车型数据调研,并结合白车身早期概念设计流程,制定SFE参数化模型数据库建模标准,并严格按照标准建立数据库以及对其应用。结果表明:达到了缩短建模时间、降低建模难度与模型通用率高的预期要求。

平台架构概念设计阶段车身结构优化方法

针对平台架构概念设计阶段的车身结构优化问题,创造性地提出一种新的方法,包含3个阶段:第1阶段为考虑真实碰撞载荷,利用多模型优化法(MMO)进行综合工况下的车身全局拓扑优化,解读不同的传力路径;第2阶段为考虑平台架构高低姿态车型,利用SFE CONCEPT软件建立不同传力路径下的车身参数化模型,进行不同动力下的结构对比分析及优化,确定车身传力路径形式;第3阶段为基于近似模型法的车身截面优化和基于等效静态载荷(ESL)法的车身料厚优化,并将优化方案代入高低姿态车型,在不同动力类型下进行验证及优化,保证车身结构处于平台架构目标性能带宽下。在某车企的平台架构概念设计阶段,利用该方法对车身结构进行了优化,验证了该方法的工程可实施性。

基于正向开发流程的车身轻量化设计

从概念设计阶段开始,通过隐式参数化建模的方法建立一个全参数化白车身模型,采用分步优化设计的方法,在保持对整车性能控制的同时,使轻量化设计贯穿整个过程。在不同阶段分别针对整车模态、弯扭刚度、碰撞性能和质量等指标进行优化。先后经过结构拓扑优化、车身尺寸优化、局部形状优化、零件厚度优化、碰撞性能优化,最终得到车身多个性能均满足要求时的最佳车身尺寸和轻量化方案。

发动机舱盖的多学科设计优化方法

利用一种包含结构刚度、声-振-粗糙度(NVH)特性和行人保护性能等多个学科的自动计算流程,建立了一个用于发动机舱盖的优化设计方法。该流程借助隐式参数化方法,使用SFE Concept软件构建发动机舱盖参数化模型;以发动机舱盖内板纵梁位置等为变量,依托i Sight软件平台,调用仿真计算队列,基于多学科"试验设计(DOE)"统计样本计算结果,对发动机舱盖性能进行全局优化。结果表明:改进后的发动机舱盖,以较小的结构调整,使其按照新版中国新车评价规程(C-NCAP)的行人保护性能测试得分由7.42提升至7.72,优化效果明显。因而,该优化方法可用于发动机舱盖的正向多学科设计优化。

隐式参数化发动机舱盖结构轻量化研究

在汽车发动机舱盖概念设计阶段,通过SFE Concept隐式参数化建模软件搭建发动机舱盖的参数化模型。以发动机舱盖内板纵梁位置和内板厚度为设计变量,联合Isight建立发动机舱盖的模态,质量和弯曲刚度自动化分析流程。通过分析计算得到发动机舱盖设计变量组合样本的结果并建立发动机舱盖模态,质量和弯曲刚度的近似模型,采用Pointer算法对模型进行优化计算,在保证发动机舱盖模态,弯曲刚度满足设计目标的前提下得到发动机舱盖轻量化设计方案,舱盖重量在原有基础上下降了3.2%。

基于隐式参数化的电动车车身集成优化

为快速评估研发车型的整车综合性能并进行轻量化,基于SFE-Concept构建白车身隐式参数化模型,对建立后的参数化模型进行模态、刚度等综合性能的计算,并通过试验验证了参数化模型的有效性;基于“灵敏度分析-试验设计-近似模型-优化设计”等组合优化策略,对白车身进行多学科轻量化设计。优化前后结果表明,轻量化后白车身质量减少7.3kg,轻量化率为2.2%,且综合性能均满足设计要求。由此表明,基于隐式参数化技术可快速迭代多方案、多学科、多目标集成优化,实现“仿真驱动设计”。

隐式全参数化车身轻量化方法

为提高车身轻量化设计水平,该文提出了一种车身轻量化优化设计方法。该法采用模块化车身建模,通过SFE Concept隐式参数化建模软件建立车身各组成模块,并运用Map实现车身各模块连接,得到全参数化车身;通过SFE Concept与Isight建立车身模态、弯扭刚度和质量自动化计算流程来获得样本数据;通过近似模型法来对车身质量进行优化。经优化后车身质量降低14.55 kg,质量减轻效果明显。此方法提高了寻找车身轻量化和性能最佳设计平衡点的速度,缩短了产品开发周期,降低了产品的开发成本。