小議計算機在客車技術中的應用

張遠+鄧偉偉

【摘要】淺談客車限元法CAE技術的分析方法與試驗方法，以及現階段其在國內的發展情況，其目的在于拋磚引玉，激起各位同行的探討話題，以至使CAE技術在客車行業能夠得到更好的運用。

【關鍵詞】客車 CAE技術 有限元 分析 試驗

客車CAE技術，首先需要介紹有限元法CAE技術的概念，分析方法以及試驗方法等。其目的是讓大家對CAE技術有個初步的了解，然后循序漸進、逐步深入。

有限元法是隨著計算機技術發展而發展起來的，用于各種結構分析的數值計算方法。起源于上世紀六七十年代，到目前已發展的相當成熟，逐漸成為支持工程技術人員進行進行創新研究和創新設計的重要工具和手段，其主要是運用離散概念，把連續體劃分為有限個單元的集合體，通過單元分析和組合，并模擬考慮邊界條件和載荷，而得到一組方程組，求解此方程組后獲得相應技術指標的一種新興技術，是集數學、力學、計算機技術與電工、電子、檢測技術等各個學科于一體的高新技術。

現代客車車身底盤結構分析的方法包括數值模擬法與實驗分析法。數值模擬分析法主要是運用有限元CAE技術。這種方法是依據實物、技術資料等建立車身底盤結構的有限元模型，應用通用或者專用有限元軟件，計算分析車身底盤結構的靜態、動態等特性指標，獲得相應剛度、強度、動力性、可靠性、安全性以及N VH（噪音、振動、和運轉的平順性等）等性能的關鍵指標。而實驗分析法主要是電測法，應用傳感器、測量儀、濾波器、轉換器、分析儀等，對車身實物零部件或小比例縮放模型進行支撐、加載和測試。

數值模擬分析法可以在車身底盤結構開發初期就預測和優化車身底盤結構的靜態和動態特性指標，從而在產品生產或試制之前，就能避免相關設計缺陷，提高產品的性能，縮短產品開發周期。其精度取決于對有限元基本知識的理解，對數學、力學、機械、材料等學科的掌握程度和工程經驗。而實驗分析法雖然沒有數值模擬分析法得到的數據充分，但它更直觀可信，是數值分析模型驗證的主要手段，可見二者也是相輔相成的，所以現在C A E技術的概念又有所延伸。客車車身試驗分析的成功與否，取決于對車身結構、試驗理論的掌握。

客車車身結構的試驗內容有：客車靜態結構的強度、剛度試驗；客車動態結構的強度、剛度試驗；客車結構的模態試驗；動力匹配試驗；車身空氣動力學試驗；NVH試驗；車身快速疲勞試驗和碰撞試驗等。但在目前，國內做的較好的也僅限于客車的靜態強度、剛度試驗；客車的動態強度、剛度試驗以及模態試驗這三類。而前兩類在客車的輕量化設計上，運用的比較成功，后一類則在客車的減振降噪等方面運用的較為廣泛。諸如動力匹配實驗，碰撞試驗等，在國內也僅僅是剛起步。

客車車身結構靜態強度和剛度試驗主要是研究車身結構在靜載荷作用下的強度和剛度特性，包括應力分布和主要剛度參數。客車車身結構靜態強度和剛度試驗規范現在已經比較成熟，其試驗工況主要模擬客車在實際使用過程車身承受的彎曲和扭轉狀況，是車身結構動態強度試驗和疲勞試驗的基礎；車身結構動態強度試驗目的在于測定車身結構在實際行使過程中所承受的最大動應力和應變，其試驗一般由道路試驗來完成，包括鵝卵石路面、山區路面等典型路面。試驗工程中也常常采用路障試驗，路障試驗方法也稱典型凸塊試驗方法，這種方法可以簡單、快速、有效地測定車身結構最大動應力和應變；車身結構模態試驗主要測量車身結構的固有頻率、固有振型和阻尼等車身結構的固有特性，一般在試驗臺上進行。在車身工程上，主要測定低介彈性模態，以避免客車車身在常規工作范圍內產生共振和高噪聲。其試驗方法涉及車身的支撐方法、激振方法、信號識別方法、信號采集和處理方法。

客車車身結構靜態強度和剛度試驗常常需要用到的傳感器和儀器有：電阻應變片、靜態電阻應變儀、預調平衡箱、力傳感器、位移傳感器、千分表以及高度尺等；車身結構動態強度和剛度試驗傳感器和儀器有：電阻應變片、動態電阻應變儀、示波器、磁帶機、實時信號采集和處理儀等；車身結構模態試驗傳感器和儀器有：加速度傳感器、電荷放大器、信號發生器、功率放大器、激振器、阻抗頭、示波器、磁帶機、實時信號采集和處理儀等。

值得一提的是，現在的高速計算機和開發的專用軟件，在電測量和信號處理方面發揮了很大的作用，增加了數據處理和分析的參數選擇范圍，使動應力和加速信號處理的質量和效率都顯著提高，使試驗數據的處理變得簡便易行。

有了以上的介紹，大家現在大概對CAE技術有了一個初步的感性認識，當然，怎樣使CAE技術在企業里得到很好的運用，怎樣去為公司創造效益，怎么去提升公司產品的品質，試驗怎么去做，試驗儀器和設備如何選擇，又需要怎樣去處理分析結果和試驗數據，這些問題的解決才是CAE技術的關鍵所在。當然，這里面有好多學問，有些我至今也沒搞明白，如果那位同行有高見，本人十分歡迎一起探討。

參考文獻：

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