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以CAE分析方式評估大客車結構耐久性能
  • 發布年度:2016
  • 主要類別:CAE技術
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 技術服務處 陳奕安

    在車輛結構的設計開發過程中,不外乎須考量其安全、耐久及乘適等特性。對於大客車車體結構安全來說,自2008年起交通部已針對國內法規與歐盟ECE R66法規進行調和並進行管制,在大客車結構耐久特性方面,交通部亦於2015年起規範國內業者於其所提交之設計開發技術能力驗證文件中,增加大客車耐久性能測試驗證文件加以確認;此文件之確認方式主要是採實車20萬公里耐久測試進行確認,並得以加速耐久方式進行,且在實車耐久測試後應分別針對懸吊、結構、動力、煞車及底盤…等系統進行確認是否有異常狀況發生。
    由於實車耐久測試所需之時間與成本皆較高,因此,為避免因車體結構設計不良而於測試過程發生結構損壞,進而導致需重新測試,故會建議業者於實車耐久測試實施前以CAE模擬分析的方法評估車體結構之疲勞壽命,以降低因測試失敗而造成額外時間與成本增加的機率。一般而言,大客車車體結構耐久CAE模擬分析較常採用之方式大致可分為兩種,分別為:(1)暫態(Transient)分析法、(2)功率譜密度(Power Spectral Density, PSD)分析法,相關之結構耐久模擬分析流程,如圖1所示。

    圖1. 大客車結構耐久模擬分析流程圖

    簡單來說,暫態分析法主要是以虛擬測試道(Virtual Proving Ground, VPG)的方式,計算車體結構之應力/應變時域(Time Domain)響應,如圖2所示;而後,再將前述相關計算結果匯入疲勞分析軟體計算其車體結構之疲勞壽命值,如圖4所示。

    圖2. 暫態分析法示意圖
    資料來源:華德動能科技股份有限公司

    功率譜密度分析法主要是利用實車至市場道路進行時域入力訊號量測,而後再將時域入力訊號轉換為功率譜密度(PSD)之頻域(Frequency Domain)訊號後,並計算車體結構在相關入力條件下之應力/應變響應,如圖3所示;最後再將前述計算結果匯入疲勞分析軟體計算其車體結構之疲勞壽命值,如圖4所示。

    圖3. 功率譜密度分析法示意圖

    資料來源:華洲汽車工業有限公司

       
    圖4. 車體結構疲勞壽命計算示意圖
    資料來源:華德動能科技股份有限公司

    對於國內大客車(或底盤)製造業者來說,車輛耐久特性驗證實為一項較新且具挑戰性的工作,無論是採用實車市場道路耐久測試或是至試車場以加速耐久的測試方式執行,其所需之時間與成本皆不可小覷;倘若業者可於相關驗證測試前進行結構耐久CAE模擬分析,預期將可適度地降低因測試失效而導致重覆測試所增加之成本,亦可對自身大客車車體結構之耐久特性有更進一步了解並提升產品設計品質與可靠度。

    若需進一步了解相關內容細節,歡迎洽詢ARTC 工程分析中心  陳奕安
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