爱玛电动车-车架强度疲劳仿真分析

爱玛科技集团股份有限公司于1999年在天津市市场和质量监督管理委员会登记成立。公司致力于电动自行车、电动摩托车、电动轻便摩托车、电动三轮车的研发与制造，经过多年的发展，公司在电动自行车行业具有较高的市场占有率。

关键词：Simcenter 3D，设计分析一体化平台

业务诉求

电动车产品开发需要开展电动车车架强度疲劳计算，工程师采用不同的设计软件和仿真软件，从设计数据到仿真模型的创建，需要进行模型数据的转换和简化操作，有时候出现产品版本不一致，甚至设计数据无法使用的情况，影响产品验证的效率，同时增加仿真工程师的工作负担。

解决方案

基于 Simcenter™ 3D software 设计仿真一体化平台，集成了产品设计功能和仿真分析功能于一体，解决了设计数据和仿真模型不匹配的问题，从而将设计模型直接进行模型简化，有限元建模和分析计算，保证数据的一致性，提高了电动车车架疲劳分析的效率。基于 Simcenter 3D 开发的分析模板，可以有效提高仿真工程师的作业效率，减少重复工作，保证仿真分析的一致性。

实施效果

Simcenter 3D 设计分析一体化平台，提供了无比伦比的几何模型简化能力，尤其是同步建模技术，对各种不同来源的 CAD 模型轻松的进行编辑处理，这是其他工具都无法提供的能力。利用 Simcenter 3D 在同一平台轻松完成车架的强度和疲劳计算，并且可以扩展其他分析能力，例如多体动力学载荷计算。

企业亟待解决的业务问题

电动车在国内属于家喻户晓的出行工具，也是解决最后一公里的最佳方案，因此这几年电动车业务在国内蓬勃发展，预计未来几年一直是处于增长的态势。同时国内电动车企业竞争异常激烈，对于电动车企业来讲，最核心的就是电动车车架的设计开发和生产工作。车架的质量以及车架的重量是决定电动车成本的重要因素，因此作为电动车的研发部门，十分关心车架的强度和疲劳寿命问题。

车架的仿真分析涉及到车架设计模型 CAD 数据，仿真工具前处理模型，仿真计算以及仿真分析报告后处理的工作，该过程由于采用了不同的工具软件，造成分析效率较低，影响产品性能验证效率。特别是当需要进行产品设计迭代的时候，仿真分析的流程需要从头开始，给仿真工程师带来了繁重的业务负担，并且很多重复工作是没有业务价值的，只是增加了工程师的工作量。因此对于车架强度和疲劳分析迫切需要找到一种高效的验证方法和手段。

企业应用实践与探索

企业与西门子工业软件的合作历程

客户本身一直是西门子的终端用户，在产品交流过程中了解到西门子设计分析一体化平台 Simcenter 3D，通过技术交流，并开始使用 Simcenter 3D 产品。

解决方案实际应用情况与探索

利用 Simcenter 3D 开展了某款电动车车架强度疲劳仿真计算，首先对电动车架水平加载工况进行仿真重现，评估车架的静强度和疲劳寿命。对于水平加载工况的具体要求如规范所示：

Simcenter 3D 可以直接读入设计工程师提供的车架设计模型，然后对于不必要的零部件进行合理简化。另外有些不影响分析结果的小特征，可以利用同步建模进行处理，例如圆角，倒角，过线孔等特征可以一键清除。有限元模型可以基于中面几何进行面网格处理，并且可以自动继承几何模型的厚度信息和材料特征信息，提高有限元建模的效率。有限元建模过程如图 2 所示：

利用自带的求解器进行静态强度和变形处理结果如图：

基于强度结果可以开展疲劳寿命计算，疲劳寿命计算可以考虑各种不同的载荷循环，以及真实载荷工况，利用软件内置的疲劳求解器开展车架损伤疲劳寿命计算。疲劳计算可以考虑各种影响因素，例如表面粗糙度，结构尺寸，材料疲劳参数，应力集中系数，焊接影响系数等因素，综合评价车架疲劳寿命。

对于关键零部件，例如车架前叉总成，需要在产品设计过程中快速评估，利用 Simcenter 3D 开发了自动化分析模板，可以在设计模型基础上自动执行分析模板，完成流程化的车架前叉强度计算任务。基于分析结果可以对车架前叉结构进行优化设计和改进，再次运行分析模板就可以对改进方案进行有效评估，利用模板自动化，工程师可以快速完成关键产品的优化设计工作。

实施成效

利用 Simcenter 3D 开展电动车车架仿真分析工作，仿真分析验证效率提高了 2 倍。利用自动化分析模板，让工程师可以在产品设计过程中自动执行分析和验证，给出更加合理的设计方案。

实施企业反馈与点评

“Simcenter 3D 设计分析一体化确实体现了不同的价值，同步建模技术可以对任何设计数据开展直接编辑操作，简化了模型处理的过程。特殊的焊缝处理技术，让车架焊缝疲劳计算效率提高了 2 倍，这是以往其他工具所不具备的优势。”

付秋波                               

江苏爱玛车业科技有限公司