基于CATIA知识工程优化的车身轻量化设计.docx

基于CATIA知识工程优化的车身轻量化设计【摘要】本文提出一种基于CATIA知识工程优化模块，对车身钣金件进行轻量化的设计方法，并以某车的顶棚拉手支架为例，来说明此设计方法的应用过程，采用此方法最终可以得到满足模型总质量最小，符合拉手支架刚度要求的零件，它们的材料利用率将达到最优，同时达到轻量化车身的目的。此方法具有科学高效，易于掌握，利于经验积累等优点，并且可以广泛拓展到白车身总成的轻量化设计，底盘件的轻量化计算，以及发动机的优化计算等领域。【关键词】知识工程优化，钣金件，轻量化，有限元ALightweightDesignMethodofAutoBodyBasedonCATIAKEOAbstract:ThepresentpapermainlyintroducesalightweightdesignmethodofautobodybasedonCATIAknowledgeengineeringoptimization,andtheapplicationexampleinbracketofgripofheadliningisgiven.Thusyoucangainthelightandstrongbracketandtheefficiencyofmaterialofthebracketishigh.Thismethodisprovedtobeefficacious,convenientandeasytoaccumulateexperience;itcanbeusedonlightweightdesignofBIWassembly,chassis,engineandsoon.Keywords:KEO,sheetpanel,lightweight,FEM1.前言在能源日趋紧张的今天，汽车节油新技术不断涌现，而采用车身轻量化技术来提高汽车燃油经济性的传统方法一直得到人们的推崇。车身轻量化技术的很重要的一个方面就是对钣金件材料厚度的科学地合理地确定和采用合理的加强结构，然而这一工作的完成需要设计师具有多年的经验积累和计算机辅助分析手段的大量应用，以及与国内外同级别车进行广泛地对标。这些要求对于工作时间不长的新员工来说都是很难实现的。鉴于此，本文提出一种基于CATIA知识工程优化模块，对车身钣金件进行轻量化的设计方法，该方法对于新员工快速开展工作具有很好的指导意义，对于老员工可以进一步丰富设计经验，增加知识积累。本文将以某车的顶棚拉手支架为例，来说明此设计方法的应用过程。首先，对拉手支架及周边零部件（包括侧围及顶盖总成的一部分）进行有限元分析；然后进入CATIA知识工程优化模块，进行优化计算，并根据优化结果尝试着通过改进零件的结构进一步减小材料厚度的可行性，之后再进行有限元校核，如果有必要的话可以再进行优化分析，如此进行若干次循环之后，最终就可以得到满足模型总质量最小，符合拉手支架刚度要求的零件，它们的材料利用率将达到最优，同时达到轻量化车身的目的，实现节油的目标。2.CATIA知识工程优化优化设计的实质，可以简单地概括为：在一定限制（约束）条件下，寻求一组设计参数（变量），使设计对象的某项或多项设计指标（目标）达到最优，它包含有设计变量、目标函数和状态变量三个基本要素[1，2]。基于知识的工程（KnowledgeBasedEngineering,KBE）实际上是通过知识的驱动和繁衍向工程问题和任务提供最佳解决方案的计算机集成处理技术，即在产品设计时充分考虑企业已有的知识，以及企业标准或国际法规。美国Ford汽车公司的J.A.Penoye等人认为：KBE是运用特意积累和存储的知识完成工程任务的计算机系统[3]。汽车车身设计过程是一个建立在工程师丰富的开发经验以及集合专业性知识基础上的创造性思维过程，同时也是在现有经验知识基础上的进一步积累创新,即是一个包含了对知识的继承、集成、创新和管理的过程。知识工程是CATIAV5软件的重要组成部分。知识工程优化是指通过捕捉优化设计意图，如质量、面积、体积等，使用户可以按目标（最大化、最小化、目标值等）进行优化设计的一种优化方法[4]。3.CATIA有限元分析有限元法实质上是一种在力学模型上进行近似的数值计算方法[5]。CATIAV5软件是一个CAD/CAE/CAM集成软件，它提供了功能强大且使用方便的工程分析模块——Analysis&Simulation。利用该模块，可以快速实现基本的有限元分析；常用的功能包括单个零件的有限元分析GPS和装配件的有限元分析GAS；可以分析的基本类型包括静态分析，屈曲分析，频率分析和自由频率分析等。对于装配件的有限元分析还需要建立各零部件之间的连接特性（包括相互位置关系，力的传递关系等），从而保证载荷和应力应变在零部件之间通过连接特性进行