内外饰产品开发与整车开发类似,一般分为概念设计阶段、方案设计阶段、工程化(详细)设计阶段、试生产阶段。如图5-3所示,伴随着内外饰零部件的开发,结构仿真在各个阶段均有应用,但各阶段应用侧重点不同。

图5-3 结构仿真在内外饰开发中的流程
1.方案设计阶段
该阶段仿真分析的主要工作是通过优化技术帮助产品工程师提出设计方案。仿真工程师会与设计工程师、性能工程师一起讨论确定零部件总成的性能目标和关键工况、设计空间、边界条件等,并根据不同的优化逻辑关系,分步骤组合使用拓扑和形貌优化技术,获取最佳的结构方案。
如图5-4所示,以仪表板转向支撑设计为例,说明拓扑优化的应用。通过三轮拓扑优化获得最终产品数据:第一轮优化模型中约束点为刚性不可变,其他区域为设计区域,优化结果得出原始大块体积驾驶及副驾驶两侧多余的材料要去除,且主要梁应为薄壁空心管,这时的优化结果还很粗糙,需要光顺处理;第二轮优化模型考虑了第一轮的优化建议,主要梁为薄壁空心管,且设为不可设计区域,约束点仍为刚性不可变,这轮分析结果比第一轮更加精细、实用,此时优化尚未考虑工艺可行性;第三轮拓扑优化模型考虑了约束点为刚性不可变,主要梁为薄壁空心管以及结构均可通过冲压或挤出工艺成型,这轮分析结果发现副驾驶侧梁直径设计应该比驾驶侧小。图5-5为拓扑优化前后的结构对比。

图5-4 仪表板转向支撑结构方案的拓扑优化过程
2.详细设计阶段(https://www.xing528.com)
该阶段仿真分析的重点工作是进行DV虚拟验证与结构优化,主要包括碰撞、NVH、刚强度、疲劳、尺寸稳定性(热应力)。仿真工程师与设计工程师、性能工程师、供应商仿真部门等共同讨论制订设计分析验证计划,确定分析工况、判定标准以及数据输入、报告输出的时间节点,然后按照相应的计划逐步展开进行。

图5-5 仪表板转向支撑结构方案优化前后对比
3.试生产问题整改阶段
此阶段仿真分析的主要工作是协助整改重点DV问题,仿真工程师主要与产品工程师、性能工程师协同利用仿真工具快速找到问题发生的原因和失效机理,协助制订对策或进行多方案对比验证。如图5-6所示,以座椅手柄仿真分析为例加以说明:在DV试验中白圈区域发生断裂,施力方向沿白色箭头;优化前分析结果显示座椅手柄在加载150N力时发生塑性变形;通过实施仿真工程师与产品工程师共同讨论制订的优化方案后,仿真结果显示相同受力时,座椅手柄应力下降明显,强度明显提升,加载300N力时座椅手柄才发生塑性变形。

图5-6 座椅手柄DV试验问题仿真优化前后结构性能对比
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