汽车CAE技术的新进展——虚拟试验场(VPG)技术（图）种植

汽车CAE技术的新进展——虚拟试验场(VPG)技术（图）

一、概述

现代汽车对结构设计提出了越来越高的要求，汽车结构分析已不满足于结构线性弹性分析。实际上汽车结构系统中大量存在非线性结构，例如发动机、驾驶室橡胶支承、悬挂大变形、零部件间连接的能量缓冲等。在产品要求精益设计的条件下，只应用线性分析普遍感到不足。产品开发要求CAE更多地考虑非线性影响。其次，汽车零部件结构分析的一个难点是分析载荷的不定因素，大量零部件结构实际所受到的载荷到底是多大，往往很难明确给出。对此过去往往应用对比分析法，但这越来越不适应越来越高的设计要求。第三，汽车产品设计已进入有限寿命设计阶段，这要求汽车在设计的使用期内，整车和零部件完好，不产生疲劳破坏，而达到使用期后（例如轿车一般设计寿命为八年），零部件尽可能多地达到损伤，以求产品轻量化，节约材料和节省能源。这也对CAE分析提出了使用真实载荷的要求。汽车整车性能，如舒适性、行驶操纵稳定性分析也不仅仅满足于结构刚性简化，还要求考虑结构变形刚度影响，进行整车非线性系统分析，以达到动态参数设计的目标。

CAE技术

在飞速发展，非线性软件功能有了很大的提高，计算机硬件也提供了足够的支持，所以CAE技术满足上述汽车现代设计要求是可能的。美国工程技术合作公司（ETA公司）推出的虚拟试验场技术（VIRTUAL PROVING GROUND ，以下简称VPG技术）即是针对上述要求发展的实用软件。

二、VPG技术

VPG技术是汽车CAE技术领域中一个很有代表性的进展。

1．分析对象不再是分开的各个零部件，而是包括车身FEM模型、悬挂系（弹簧、减振器、动力控制臂）、转向梯形、车轮轮胎等整车非线性系统模型。这样，车身和悬挂系统与转向系统间难以明确的作用力关系已包含在分析模型之内。

整车的分析模型

2．分析模型数据库化。众所周知，计算模型建模工作量是很大的。但是，除车身模型是车型分析时必须建立的模型，悬挂结构、转向机构和轮胎是完全可以实现数据库化的。这是因为，这些结构对轿车来说，结构形式基本可以归纳成几种基本类型和数量有限的几个参数来描述。用户只需选择结构类型，给出参数即可产生计算模型。当然用户自行建立模型也是完全可以的。同时软件数据库可以增加用户模型数据，随着用户应用面的增多，数据库会更加丰富。当前悬挂数据库保存有McPherson液压减振器Strut、长短臂Short-long Arm、Hotchkiss渐变叶片弹簧(Leaf Spring)、后拖臂Trailing Arm、五连杆5-link、四连杆Quadra Link和扭杆Twist Beam 等十种结构数据库。另外，VPG还提供对Adams接口，导入兼容的Adams悬架模型。轮胎数字化模型路面数字化模型轮胎模型分为用于车身疲劳和寿命分析的轮胎模型；用于评价振动噪声NVH研究中应用的轮胎模型和用于动力学分析的轮胎模型三种类性。疲劳分析轮胎模型，可以由内部函数构造产生、也可以从轮胎数据库中直接选择模型，许可用户直接输入试验数据，可选择SAE971100论文《用于车辆动力学分析及整车实时试验的轮胎模型的有效性》所述的模型。

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