PERA SIM Mechanical在汽车行业的应用
PERA SIM Mechanical作为安世亚太自主研发的核心产品之一，是功能强大、模块整合的机械仿真分析工具。PERA SIM Mechanical提供了全面的结构静力、动力、线性、非线性及热分析等功能，满足各行业的结构分析需求。PERA SIM PreMech是安世亚太自主研发的高级前处理工具，能够实现模型处理、网格划分、网格编辑、质量检查及修复等功能，实现高质量网格的划分。本文以汽车行业为例，基于PERA SIM Mechanical与PERA SIM PreMech进行多个部件的结构分析，体现出自主软件强大的工程应用能力。
关键字：PERA SIM Mechanical；PERA SIM PreMech；汽车行业；工程应用
在汽车的设计过程中，CAE软件的应用非常广泛。本文汇总了PERA SIM Mechanical在汽车轮毂、转向节、底盘、车门、白车身等方面的应用情况，如需了解进一步的细节，请与安世亚太当地技术人员联系。
轮毂的力学性能是汽车安全性及可靠性的重要影响因素，作为汽车的重要承载部件，需要严格保证轮毂的性能满足国家标准的要求。本案例以某乘用车轮毂为研究对象，应用自主有限元软件PERA SIM建立轮毂有限元模型，并依据国家标准 GB/T5334-2005《乘用车车轮性能要求和试验方法》建立仿真工况，完成轮毂的刚度、强度分析，为轮毂的进一步结构优化设计提供了依据。并将计算结果与目前主流的商业软件比对，验证了国产自主软件PERA SIM的高精度计算。
使用软件：PERA SIM Mechanical
图 1轮毂网格模型
图 2轮毂边界条件与载荷
图 3 PERA SIM计算结果云图
表 1 计算结果比对
转向节是汽车底盘部分的重要受力零部件，如下图灰色部位。在车辆的行驶过程中，它不仅承受前轴负载，而且在车辆转向、制动时还要承受条件恶劣的载荷作用，因此对其强度、抗冲击性都有很高的要求。为保证行车安全，对其进行强度分析十分重要，一般要进行侧滑工况、不平路面工况、紧急制动工况等计算。
本案例对汽车的典型转向节零件，建立CAE仿真模型，模拟在紧急制动的特定工况条件下，进行结构静力学仿真分析。
使用软件：PERA SIM Mechanical
图 4汽车转向节产品示意图
图 5 网格模型
图 6 边界条件及载荷
图 7 PERA SIM计算结果云图
表 2 计算结果比对
前下摆臂对悬架具有导向和支撑作用，其变形影响车轮定位，降低行车稳定性。前下摆臂与副车架通过衬套进行连接，一定程度衰减路面传递的冲击载荷。在汽车行驶状态下，它承受着多变的冲击载荷，因此要求其具有很高的强度。因此，本案例基于PERA SIM Mechanical，采用惯性释放，对下摆臂进行强度分析。
使用软件：PERA SIM Mechanical
图 8 网格模型
图 9 结果云图
汽车车门是汽车结构的主要组成部分，由具有复杂曲面形状的内板 、外板及局部加强板通过焊接、胶粘、螺栓等组成的空间薄壁结构。并且车门作为典型的点焊结构 ，焊点布局分析对车门的强度刚度和模态等基本性能具有重要影响。此外，汽车车门是由多块薄板零件冲压焊接而成的多层超大面积组合体，需要高质量的四边形网格，且设计网格连接和共节点。因此，本案例基于PERA SIM PreMech进行模型的前后处理工作，并通过PERA SIM Mechanical进行模型的求解计算，完成车门高质量有限元模型的建立以及结构的动力学分析。
使用软件：PERA SIM Mechanical＆PERA SIM PreMech
图 10 车门网格模型
图 11 整体操作流程
图 12 车门外板局部模态-位移云图与应变能云图
图 13 一阶扭转-位移云图与应变能云图
图 14 一阶弯曲-位移云图与应变能云图
通过该案例，展现了PERA SIM的如下核心能力：
快速抽取中面和几何清理（清理自由边、填补孔洞缺失面、压缩多余边和硬点）功能；
高质量的壳网格划分、多种网格修补和网格质量有效检查功能；
丰富的连接功能，能够快速进行焊接、螺栓、粘结等典型连接的定义。
车辆在怠速或行驶过程中由于车身面板振动引起的室内空腔轰鸣噪声对乘坐舒适性有很大影响。通过发动机、 悬架、副车架、悬架弹簧、减振器等与车身的连接点传递至车身的振动是引起车身面板振动的主要原因。连接点动刚度是室内怠速噪声与路面噪声的重要影响因素。对于汽车来说主要考察与车身接附点处的原点动刚度，考虑所关注频率范围内该接附点局部区域的刚度水平，如果过低会引起车内较大结构噪声，对整车NVH性能有较大影响；动刚度不足会对整车乘坐舒适性和车身结构件的疲劳寿命产生十分不利的影响。
因此，本案例基于PERA SIM PreMech对白车身进行模型的前后处理工作，并通过PERA SIM Mechanical进行模型的求解计算，完成白车身高质量有限元模型的建立，并进行汽车白车身频响分析，获取加速度曲线和接附点动刚度值，并验证其是否满足性能目标值要求，并评估相关风险。
使用软件：PERA SIM Mechanical＆PERA SIM PreMech
图 15 整体操作流程
图 16 结果曲线
车辆在行驶过程中车门应保持较高的稳定性，不可因车辆行驶振动而发生抖动；车门的窗框具有较高的抗变形能力，以避免车门玻璃因车门发生形变而出现升降受阻以及影响汽车整体的密封效果；车门应具有较高的抗下垂力能力，避免因车门在受到较大下垂力情况下发生永久形变而无法打开或关闭；车门外板应具有一定的抗外力撞击和挤压的能力，不会因在受到较小外力情况下而发生凹陷，影响车辆的美观；另外，车门还应满足一定的静态挤压要求。
因此，本案例基于PERA SIM PreMech对车门进行模型的前后处理工作，并通过PERA SIM Mechanical进行模型的求解计算，完成车门的高质量有限元模型的建立，并进行车门的刚度分析。
使用软件：PERA SIM Mechanical＆PERA SIM PreMech
图 17 前车门网格模型
图 18 边界条件及载荷
图 19 位移及应力云图
车身刚度作为汽车最基本、最重要的性能指标，是车身设计过程中需要重点考虑的性能，也是评价车身结构设计优劣的核心。车身刚度直接影响车身的疲劳强度性能、被动安全性能、NVH 性能等。因此，在车身设计过程中，必须保证车身结构的刚度性能满足要求，再对其针对强度、疲劳、碰撞安全性、NVH 等进行优化，以设计出安全可靠的汽车车身。
因此，本案例基于PERA SIM PreMech对白车身进行模型的前后处理工作，并通过PERA SIM Mechanical进行模型的求解计算，完成白车身高质量有限元模型的建立，并进行汽车白车身扭转刚度的计算。
使用软件：PERA SIM Mechanical＆PERA SIM PreMech
图 20 白车身网格模型
图 21 变形云图
上述多个汽车行业的应用案例的测试验证结果表明，PERA SIM Mechanical能满足汽车设计过程中多个方向的CAE仿真要求，能够实现国产化替代需求。
