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CAD技术在汽车设计上的应用及发展

2019/5/23    来源:互联网    作者:佚名      
关键字:CAD技术  汽车设计  覆盖件模具  
CAD技术利用计算机实现汽车的生产设计和生产,降低成本,提高工程设计中的精确强度,几乎被所有汽车公司所采用。人们通过对汽车设计理论与方法的研究,融合人、车、环境系统于一体,结合工业设计的最新理念和现代CAD技术,使汽车产品的外形和舒适性达到更高层次,满足市场对个性化车型的大量需求。

    CAD,(CAD-Computer Aided Design,即计算机辅助设计)是利用计算机强大的图形处理能力和数值计算能力,辅助工程技术人员进行工程或产品的设计与分析,达到理想的目的,并取得创新成果的一种技术。自1950年计算机辅助设计(CAD)技术诞生以来,已广泛地应用于机械、电子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等领域。

    汽车工程是我国CAD技术运用最早的行业之一。CAD技术的应用,对于企业提高设计效率、优化设计方案、减轻技术人员劳动强度、缩短设计周期,对设计和生产领域生产力的解放起到了关键性的作用。我们将从以下几个方面阐述CAD在汽车设计的应用。

一、CAD技术在汽车覆盖件模具的运用

    现代覆盖件模具设计不仅包括模具结构设计,还包括覆盖件模具的型面设计。在计算机中对汽车模具冲压件的三维设计和工艺补充面的三维设计是汽车模具型面设计,除此之外的汽车模具部件的设计都属于汽车覆盖模具结构设计。

    模具结构的三维设计是根据设计要求采用,对产品实现参数化、基于特征、全相关等具体设置,使得产品在设计阶段易于修改,并对设计进行模拟化测试变为可能,同时也使并行的其它工程程序同步进行成为可能。利用先进的数字化分析手段,对模具进行各种模拟和分析,使模具加工、制造、装配问题提前暴露,在设计阶段就有效地避免了错误的发生。

二、CAD技术在汽车车身上的运用

    汽车车身是汽车给消费者的第一映像,汽车外形是消费者在购车时首先考虑的因素,对影响消费者是否购买起关键性的作用,同时车身还必须有足够的强度和刚度、较好的动力学性能指标,才能保证驾驶人员的安全和汽车寿命,抗振抗噪,节约能源等达到目标。

    CAD技术在车身开发中的应用,使原来的旧模式有了彻底的改观。设计人员通过与CAD系统的交互,将自己脑中的概念模式转化为清晰的视觉模式——几何实体,易于优化和改进,提高了工作效率和设计质量。在车身部件的开发中,可能会有多个车型设计要交替进行,产生多种数据版本,因此引入产品数据管理技术,建立统一的CAD工程数据库,消除车身开发中各部分内部信息和数据间的矛盾和数据冗余,从而保证开发过程顺利进行。

三、CAD技术在其他方面的应用

    1.在汽车底盘上的应用

    汽车底盘总布置是汽车设计中重要的一环,对汽车产品质量起决定性的作用。在进行底盘总布置设计时,设计人员现在都是利用CAD技术在三维空间内进行,建立统一的整车坐标系并以此做为确定各零部件位置。在已建立的坐标系中建立汽车的数学模型,用坐标点的方法完成总称装配,并对其作位置干涉检查和运动干涉检查。而这对汽车动力性、操纵稳定性、制动性都是性能分析的重要工作。CAD技术让汽车模型进行仿真化,是其在汽车设计和制造的最大优点。

    2.空气动力学

    空气动力学在车身造型设计中具有举足轻重的地位。目前,汽车空气动力学研究主要有两种方法,一种是进行风洞实验,另一种是利用计算机辅助设计方法进行建模和CFD数值模拟,即计算流体动力学分析。风洞实验结果精度高、可靠性好,但风洞投资大、实验周期长,存在阻塞效应等,而且不能对整个流场给出详尽的描述,阻碍了它在汽车设计中的应用。计算机辅助设计与传统的风洞实验方法相比,开发周期短,费用低,有良好的复现性,可进行可视化处理,并且可以得出流场内每一点的物理量值。

    3.快速成型技术

    伴随产品开发的一步步进程,运用快速成型技术取代石膏、软木、纸、泡沫塑料、ABS工程塑料板、油泥等材料所表现出来的草模、比例模型、局部模型、原大模型、样机等能在各个设计环节点上以实体体量的检测推进设计工作进程,并促使产品从一个个实体上不断完善。

四、计算机辅助技术的新发展

    目前随着计算机技术和汽车工业的飞速发展!在汽车系统设计中应用的计算机辅助技术也有了很多新的进展!这主要体现在以下几个方面:

    1.建立中央数据库,实施优化设计法

    美国通用汽车公司的车辆开发工程部(AVE)把CAD推到了一个新的高度,提出了所谓优化设计法。为此AVE正在建立通用汽车公司全部零件的CAD数据库并编制相应软件,使这些不同的零部件在CAD的屏幕上组合形成一个诸如悬架或传动系的全新系统。尽管他们采用这种方法的时间不长,但AVE已经能把85%的详细零部件结合成型,并显示成完整的系统。这无疑会大大地缩短设计时间,而且也给设计的评价和修改提供了便利。

    2.开发新的计算机画图系统和人-机接口

    目前,描述三维立体模型最常用的方法就是对表面之间的遮掩关系做填充遮盖处理,这在实体模型上总有一些欠缺。因此今后CAD中的造型技术将主要是立体造型,未来空间形体的表现将采用三维光学图象生成技术。利用该计算机造型技术能快速准确地表达和反映设计师的思想,而且在设计阶段可以通过屏幕显示,对外形进行研究和探讨,从而既能节省研讨时间,又能改进设计质量。为了充分地利用这种计算机画图技术,需要开发新的输入装置,以使人的意志能更直接地输送到计算机内。

    3.推行视觉工程!在微机上装配和试验汽车零部件

    目前福特汽车公司已经掌握并利用一项新的技术,零部件的设计装配和试验完全在计算机上模拟进行。这种新方法被称为视觉工程,它有可能使沿用至今的产品设计和开发技术完全过时汽车制造厂不必再制作粘土模型,不必再进行风洞试验和破坏性试验。每秒钟运算上亿次的计算机,使设计师可以利用桌面终端的计算机空间模拟系统建立逼真翔实的实体模型,从而实现在计算机屏幕上模拟装配零部件,并检查配合情况,观察零部件的应力变化和模拟长时间运转的工作状态。

    4.应用智能工程!实现自动化设计

    在汽车工业使用的各种人工智能(AI)技术中,专家系统(ES)的应用越来越广泛。从分析-诊断-管理-监控到设计和规划都可应用专家系统。其次通过将405中计算机画图和402中各种数学模型及计算方法相结合的方式,给专家系统带来了广泛的应用前景,它可以突破原有功能的限制,使一系列的研究工作自动完成。当然这还只是处于初级阶段,不过却代表未来的发展趋势。

总结

    计算机辅助设计技术的发展与汽车设计的关系是广泛而深刻的。一方面,计算机辅助设计的应用极大地改变了汽车设计的技术手段,改变了汽车设计的程序与方法。与此相适应,设计师的观念和思维方式也有了很大的转变。另一方面,以计算机辅助设计技术为代表的高新技术开辟了汽车设计的崭新领域,先进的技术必须与优秀的设计结合起来,才能使技术人性化,真正服务于人类。

责任编辑:程玥
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