六座跑車的白車身設計：利用HyperWorks最大化車身剛度并滿足強度要求

2017-01-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

項目介紹

Clemson大學國際汽車研究中心(CUICAR)的“Deep Orange”項目是一個研究生汽車工程項目,它讓學生沉浸于汽車行業(yè)工作環(huán)境中。學生、多學科學院和合作伙伴分工合作,用兩年時間設計并制造了一輛新的原型車。每個項目都注重利用創(chuàng)新設計流程和工具來進行汽車開發(fā),把設計結果和突破性的產品部件整合起來,也給學生提供了汽車設計和工程動手體驗。Deep Orange項目是CUICAR的一部分,CUICAR更大的戰(zhàn)略重點是進行跨學科研究,應對采用高級汽車設計技術和產品創(chuàng)新所帶來的的行業(yè)和社會挑戰(zhàn)。

Deep Orange項目和Altair 合作,利用高級計算機仿真方法設計他們的汽車。Altair 贊助實習和獎學金,并通過提供Altair HyperWorks 仿真技術的網(wǎng)絡研討會和現(xiàn)場教學幫助學生增長知識。CUICAR 的第三代原型車 “Deep Orange 3” 項目就是基于仿真設計一個例子。Deep Orange 3的特點是擁有基于創(chuàng)新的片材折疊技術的承重結構和獨特的三加三座位配置。下面描述了這個設計,并總結了如何應用Altair HyperWorks 來滿足結構性能要求。

挑戰(zhàn)

Deep Orange 3 項目的目標是基于“針對Y一代市場的主流混合”概念而開發(fā)的一款車。該項目的主要贊助來自馬自達北美運營商,Art Center College of Design是設計合作伙伴。獨特室內座椅概念是由針對Y一代廣泛的市場分析得來。六座位概念是為了容納四位男性乘員在外側座位(百分之九十五的男性可以坐下),和兩位男性乘員在中間座位(百分之的五十可以坐下),用了兩排座椅,每排三個的配置。

選擇相應的白車身結構設計概念是為了探索工業(yè)折紙技術,這使更輕材料折疊成復雜車身結構件形狀。成型是在裝配位置使用簡單廉價夾具完成的。開發(fā)白車身部件的幾何、拓撲等功能需要設計專業(yè)的學生與結構專業(yè)的學生之間廣泛的合作,也需要仔細平衡白車身剛度、包裝空間、成本和重量設計要求。

六座跑車的白車身設計：利用HyperWorks最大化車身剛度并滿足強度要求hypermesh培訓教程圖片2

解決方案

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首先,利用折疊金屬成形技術(FMT),從多次試驗和實驗中獲得一個鋁合金白車身設計。再造出一個卡板模型來證明折疊金屬技術的可行性。這個可行性評估很重要,特別在高負載結構區(qū)域(支柱塔和車身前部安裝點)。利用紙板模型的分析結果,折疊金屬技術被利用到了前擠壓結構、乘客地板區(qū)和后擠壓結構。上身結構是鋁管狀構造,包括車頂和車身支柱。

從卡板模型制作中得出經驗之后,用SolidWorks建立了白車身的CAD模型并導入HyperMesh中。所有的FMT結構件和空間管狀框架結構都是用2D面網(wǎng)格建立的。較厚的白車身部件以及關鍵設計區(qū)域——前副車架安裝到車身的位置,這些是用3D六面體網(wǎng)格劃分的。

使用Altair OptiStruct有限元求解器完成了一系列深入的有限元分析,包括扭轉和彎曲剛度分析、固有頻率分析、動態(tài)壺洞以及加速凹凸載荷分析。后續(xù)使用Altair HyperView后處理模塊查看有限元分析結果,結果顯示白車身設計符合項目對車身的剛度要求。對于前副車架的有限元分析,施加了動態(tài)加速度載荷以及制動和轉彎工況模擬,結果顯示應力不超過許用值。

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結論

經過HyperWorks仿真分析,結果表明白車身底盤滿足強度和剛度要求,在咨詢了項目的主要供應商之后,隊員們在該車上運用了所有這些結構。所有的FMT車身部件,包括前部子結構、底板、后部子結構都運用卡板模擬的經驗完成了彎曲造型。完整的FMT 白車身設計完全應用鋁合金和結構粘結劑。獨特的3+3,雙排座部件與儀表盤、方向盤以及動力總成控制驅動一同被安裝完成。通過有限元模擬的用來支撐前發(fā)動機動力總成的前副車架被安裝到前車身結構上?；谇拜嗱寗拥乃妮嗱寗痈拍畹膭恿偝?4缸渦輪增壓內燃機和電動機驅動后輪裝置被安裝完成。

總之,在Deep Orange 3 團隊試圖讓白車身結構設計滿足要求的過程中,Altair HyperMesh、OptiStruct以及HyperView發(fā)揮了重要作用。Imtiaz Haque博士(CUICAR執(zhí)行董事)這樣說,“在我們Deep Orange 3團隊試圖讓設計滿足剛度和強度要求的過程中,Altair HyperWorks系列軟件是最有用的工具。” 跑車結構完成之后,在拉斯維加斯舉辦的年度美國改裝車展(SEMA)上,Deep Orange 3跑車被成功展出。