浅谈客车CAE技术

摘要：浅谈客车限元法CAE技术的分析方法与试验方法，以及现阶段其在国内的发展情况，其目的在于抛砖引玉，激起各位同行的探讨话题，以至使CAE技术在客车行业能够得到更好的运用。

关键词：客车；CAE技术；有限元；分析；试验

中图分类号：F407.471　文献标识码：B　文章编号：1009--9166(2009)023(c)--0097--01

客车CAE技术，首先需要介绍有限元法CAE技术的概念，分析方法以及试验方法等。其目的是让大家对CAE技术有个初步的了解，然后循序渐进、逐步深入。

有限元法是随着计算机技术发展而发展起来的，用于各种结构分析的数值计算方法。起源于上世纪六七十年代，到目前已发展的相当成熟，逐渐成为支持工程技术人员进行进行创新研究和创新设计的重要工具和手段，其主要是运用离散概念，把连续体划分为有限个单元的集合体，通过单元分析和组合，并模拟考虑边界条件和载荷，而得到一组方程组，求解此方程组后获得相应技术指标的一种新兴技术，是集数学、力学、计算机技术与电工、电子、检测技术等各个学科于一体的高新技术。

现代客车车身底盘结构分析的方法包括数值模拟法与实验分析法。数值模拟分析法主要是运用有限元CAE技术。这种方法是依据实物、技术资料等建立车身底盘结构的有限元模型，应用通用或者专用有限元软件，计算分析车身底盘结构的静态、动态等特性指标，获得相应刚度、强度、动力性、可靠性、安全性以及N VH(噪音、振动、和运转的平顺性等)等性能的关键指标。而实验分析法主要是电测法，应用传感器、测量仪、滤波器、转换器、分析仪等，对车身实物零部件或小比例缩放模型进行支撑、加载和测试。

数值模拟分析法可以在车身底盘结构开发初期就预测和优化车身底盘结构的静态和动态特性指标，从而在产品生产或试制之前，就能避免相关设计缺陷，提高产品的性能，缩短产品开发周期。其精度取决于对有限元基本知识的理解，对数学、力学、机械、材料等学科的掌握程度和工程经验。而实验分析法虽然没有数值模拟分析法得到的数据充分，但它更直观可信，是数值分析模型验证的主要手段，可见二者也是相辅相成的，所以现在C A E技术的概念又有所延伸。客车车身试验分析的成功与否，取决于对车身结构、试验理论的掌握。

客车车身结构的试验内容有：客车静态结构的强度、刚度试验；客车动态结构的强度、刚度试验；客车结构的模态试验；动力匹配试验；车身空气动力学试验；NVH试验；车身快速疲劳试验和碰撞试验等。但在目前，国内做的较好的也仅限于客车的静态强度、刚度试验；客车的动态强度、刚度试验以及模态试验这三类。而前两类在客车的轻量化设计上，运用的比较成功，后一类则在客车的减振降噪等方面运用的较为广泛。诸如动力匹配实验，碰撞试验等，在国内也仅仅是刚起步。

客车车身结构静态强度和刚度试验主要是研究车身结构在静载荷作用下的强度和刚度特性，包括应力分布和主要刚度参数。客车车身结构静态强度和刚度试验规范现在已经比较成熟，其试验工况主要模拟客车在实际使用过程车身承受的弯曲和扭转状况，是车身结构动态强度试验和疲劳试验的基础；车身结构动态强度试验目的在于测定车身结构在实际行使过程中所承受的最大动应力和应变，其试验一般由道路试验来完成，包括鹅卵石路面、山区路面等典型路面。试验工程中也常常采用路障试验，路障试验方法也称典型凸块试验方法，这种方法可以简单、快速、有效地测定车身结构最大动应力和应变；车身结构模态试验主要测量车身结构的固有频率、固有振型和阻尼等车身结构的固有特性，一般在试验台上进行。在车身工程上，主要测定低介弹性模态，以避免客车车身在常规工作范围内产生共振和高噪声。其试验方法涉及车身的支撑方法、激振方法、信号识别方法、信号采集和处理方法。

客车车身结构静态强度和刚度试验常常需要用到的传感器和仪器有：电阻应变片、静态电阻应变仪、预调平衡箱、力传感器、位移传感器、千分表以及高度尺等；车身结构动态强度和刚度试验传感器和仪器有：电阻应变片、动态电阻应变仪、示波器、磁带机、实时信号采集和处理仪等；车身结构模态试验传感器和仪器有：加速度传感器、电荷放大器、信号发生器、功率放大器、激振器、阻抗头、示波器、磁带机、实时信号采集和处理仪等。

值得一提的是，现在的高速计算机和开发的专用软件，在电测量和信号处理方面发挥了很大的作用，增加了数据处理和分析的参数选择范围，使动应力和加速信号处理的质量和效率都显著提高，使试验数据的处理变得简便易行。

有了以上的介绍，大家现在大概对C AE技术有了一个初步的感性认识，当然，怎样使CAE技术在企业里得到很好的运用，怎样去为公司创造效益，怎么去提升公司产品的品质，试验怎么去做，试验仪器和设备如何选择，又需要怎样去处理分析结果和试验数据，这些问题的解决才是C A E技术的关键所在。当然，这里面有好多学问，有些我至今也没搞明白，如果那位同行有高见，本人十分欢迎一起探讨。