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:互聯網

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工作環境中。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新設計流程和工具來進行汽車開發,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新所帶來的的行業和社會挑戰。

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 仿真技術的網絡研討會和現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

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。開發白車身部件的幾何、拓撲等功能需要設計專業的學生與結構專業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面網格建立的。較厚的白車身部件以及關鍵設計區域——前副車架安裝到車身的位置,這些是用3D六面體網格劃分的。

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、動態壺洞以及加速凹凸載荷分析。后續使用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動機動力總成的前副車架被安裝到前車身結構上。基于前輪驅動的四輪驅動概念的動力總成,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發揮了重要作用。Imtiaz Haque博士(CUICAR執行董事)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。