车身动态设计优化中的快速CAE方法

在汽车产品的研发过程中，CAE分析已经成为不可或缺的必须步骤。对于车身这样的单元数目达到数十万甚至上百万的大型复杂结构，其设计优化中的绝大部分资源和时间消耗在对参数的灵敏度分析和反复使用有限元方法对新修改的车身结构进行动力学评估上。针对车身结构在动态设计、优化和研发中，因其有限元模型修改而产生CAE计算周期长、耗时偏多等严重制约整车开发进程的问题，本课题拟采用基于预条件技术的重分析方法进行研究。探索利用车身结构修改前初始分析获得的刚度分解、模态参数等信息，设计高效高精度算法来快速求解修改后车身结构的响应，使得计算时间显著减少。本课题将研究车身设计优化中快速CAE分析计算方法，编写出相应的程序模块并与流行商业CAE软件做无缝连接。研究成果可以提高传统汽车动态设计、优化速度，缩短整个车身研发周期从而降低开发成本。研究成果还可以应用到汽车可靠性分析等其它领域。

在汽车产品的研发过程中，CAE分析已经成为不可或缺的必须步骤。对于车身这样的单元数目达到数十万甚至上百万的大型复杂结构，其设计优化中的绝大部分资源和时间消耗在对参数的灵敏度分析和反复使用有限元方法对新修改的车身结构进行力学评估上。针对车身结构在动态设计、优化和研发中，因其有限元模型修改而产生CAE计算周期长、耗时偏多等严重制约整车开发进程的问题，本项目采用了包括预条件技术等的多种重分析方法对其进行研究。首先,对于结构修改没有发生自由度改变的情形，我们发展了预条件方法，利用结构修改的主次要矛盾特性，构造了新型预条件算子，提高了预条件算子的有效性。其次,对于车身等结构修改中发生结构自由度增加情形，我们发展了一种精确求解方法，将结构修改矩阵与原结构相关联部分表示成秩一修改矩阵的和，之后利用每一个秩一修改得到结构增加自由度修改后的精确解。第三,对于汽车CAE分析中具有约束修改的情形，我们提出了一种适合各种结构支撑约束（包括初始结构中的约束）修改的快速重分析算法，该方法利用支撑修改后对应刚度矩阵的对称性，有效缩减了计算量。我们还提出了一种适用于沿着坐标轴方向施加约束的精确重分析方法。通过以上三个方面我们对车身结构涉及到的自由度增加、减少及不变情形给出了重分析方法，提高了CEA分析速度。此外，我们还基于物理测量的振动信息，建立了使用广义柔度矩阵与自然频率变化来确定结构刚度减少的一个方法。