浅述计算机仿真技术在汽车设计上的发展及应用【摘要】介绍计算机仿真技术的发展，仿真技术的核心知识，对轮胎仿真分析及整车碰撞仿真分析，浅述了仿真技术在汽车设计上的应用。【主题词】计算机仿真汽车应用有限元轮胎整车碰撞一前言中国汽车特别是轿车工业在20多年有了巨大发展。根据中国汽车工业协会统计数据显示，2009年，我国汽车累计产销突破1300万辆，同比增长创历年最高，其中，乘用车产销首次超过1000万辆，我国已成为世界第一汽车生产和消费国。车型由单一品种发展到客货并重、大中小系列产品齐全的可喜局面。但是，中国自主汽车产品技术水平，还难以达到市场的要求。高效地提高民族自主品牌的技术研发能力，成为振兴祖国汽车产业的重要举措。计算机仿真技术，特别是CAE技术，可以在提高产品质量和建立产品开发能力方面，给汽车企业提供极大帮助。对于新车开发中的疲劳、寿命、振动、噪声等强度和刚度问题，可借助仿真技术在设计阶段解决，大幅度提高了设计质量，缩短了产品开发周期，节省大量开发费用。二计算机仿真技术的发展计算机仿真技术，在汽车工业的应用是多方面的，它经历了一个从简单到复杂，从小型到大型，从刚体到柔体，从线性结构到非线性结构的发展过程。最初技术由于受到计算机软硬件性能的限制，只能对汽车结构作大量的简化。例如，在研究汽车在常规路面上直线行驶性能的时候，由于不会产生由汽车转弯引起的左右车轮载荷转移，可以将汽车简化为单轨汽车模型；当只研究汽车系统动力性能的时候，可以忽略汽车悬架的弹性变形；而以多体力学为基础的虚拟样车技术中，将汽车中的大量零部件都以刚性体代替；在以有限元理论为基础的FEM分析中，也经常将单元用比较简单的线性单元描述。这样做的目的，就是为了降低模型的复杂程度，减轻计算机的工作负担。现代汽车工程对结构设计提出了越来越高的要求，汽车结构仿真分析已不满足于结构线弹性分析，汽车产品精益设计要求仿真分析更多的考虑非线性系统的影响。随着计算机技术的不断提高，仿真技术也得到了飞速的发展和不断的完善。这使得汽车仿真分析的大型化和精确化成为可能，也使得大量非线性单元的应用成为可能。三计算机仿真技术运用的知识1.有限元思想有限元法是将连续体理想化为有限个单元集合而成，这些单元仅在有限个节点上相连接，亦即用有限个单元的集合来代替原来具有无限个自由度的连续体。由于有限元的分割和节点的配置非常灵活，它可适应于任意复杂的集合性状，处理不同的边界条件。单元有各种类型，包括线、面和实体或称为一维、二维和三维等类型单元。节点一般都在单元边界上，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷，这样就组成了有限单元集合体。在此基础上，对每一单元假设一个简单的唯一函数来近似模拟其唯一分布规律，通过虚位移原理求得没个单元的平衡方程，既是建立单元节点力和节点位移之间的关系。最后把所有单元的这种特性关系集合起来，就可建立整个物体的平衡方程组。考虑边界条件后借此方程组求得节点位移，并计算出各单元应力。学习并掌握了有限元基本理论及分析方法，就可推广到各种结构形式，将有限元计算结果应用于工程结构设计中。2.弹塑性材料应力-应变关系及计算人们通常用相对简单的数学模型来近似模拟计算应力-应变关系，典型的模型有：单向拉伸时的理想化模型、等相硬化模型、随动硬化模型、综合硬化模型。计算时通常把应变分成弹性和塑性两部分。3.接触界面的处理方法有两个基本问题要解决。第一个问题是确定任意时刻汽车碰撞系统中全部的接触碰撞界面，它对应的是接触界面的搜寻问题；第二个问题就是确定接触碰撞界面上接触碰撞力的大小和方向，它对应的是在接触约束条件下接触力的计算问题。在这里，采用级域理论与方法分析与计算四、计算机仿真技术在汽车上的应用计算机仿真技术发展到今天，几乎已经涵盖了我们对汽车性能要求的所有方面，刚度、强度、疲劳寿命、振动噪声、运动与动力性分析、碰撞仿真和乘员保护、空气动力学特性等等，门类齐全的各种CAE软件共同提供了一个完成精益设计的工具平台。汽车仿真技术按分析目标可分为两大部分：整车系统以及车身、附件和底...
