汽车有限元法
汽车有限元法概述
汽车有限元法概述有限元法（Finite Element Method，FEM）是一种工程数值分析方法，广泛应用于汽车工程领域，用于模拟和预测汽车结构在受力下的行为和性能。
本文将对汽车有限元法进行概述。
有限元法的基本原理是将连续结构离散化为有限个子结构，每个子结构称为有限元。
每个有限元内的应力和变形可以用简单的方程表示。
通过求解这些方程，可以推导出整个结构的应力和变形情况。
汽车有限元法主要有以下几个步骤：1.建模：将汽车的零部件、结构和系统进行建模，将其分割成有限元。
这个过程需要根据实际情况选择适当的网格划分和元素类型。
常见的元素包括线元素、面元素和体元素。
建模的准确性和合理性对于后续的分析和计算结果具有重要影响。
2.边界条件：确定模型的边界条件，包括支撑条件和外部加载条件。
支撑条件包括固定支撑和弹性支撑。
外部加载条件包括重力、加速度、风压等。
准确描述和设置边界条件是模拟计算的关键步骤。
3.材料特性：为每种材料分配相应的材料特性参数。
常见的材料特性包括弹性模量、泊松比、材料密度等。
这些参数将决定材料在受力下的行为和响应。
4.模拟计算：利用有限元软件对建模后的汽车结构进行计算和模拟。
通过求解每个有限元的位移和应变，再结合材料特性进行力学分析，得到汽车结构在受力下的应力和变形情况。
5.结果评估：根据计算得到的应力和变形结果，对汽车结构的强度、刚度、耐久性等性能进行评估和分析。
如果发现问题或不合理现象，可以进行模型修正和参数优化，以提高结构的性能。
在汽车工程领域，有限元法主要应用于以下几个方面：1.结构强度分析：通过有限元法，可以对汽车结构的强度进行评估和分析。
例如，分析车身在碰撞时的变形情况，以及主要部件在受力下的应力情况。
2.动态响应分析：有限元法可以模拟汽车在动力加载下的振动和动态响应情况。
例如，模拟车辆在行驶过程中的悬挂系统振动，以及发动机振动对车身的影响。
3.疲劳寿命评估：通过有限元法，可以分析汽车结构在复杂工况下的疲劳寿命。
基于有限元法的车架轻量化设计和仿真分析
基于有限元法的车架轻量化设计和仿真分析有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种常用的工具。
该方法基于数学模型，将结构划分成一系列小的单元，通过计算每个单元的应力、变形等物理量，反推得到整个结构的力学性能。
在车架轻量化方面，有限元法可以帮助我们快速地找到轻量化的设计方案，并通过仿真分析验证其性能，从而提高车架的安全性和可靠性。
首先，在轻量化设计中，我们需要寻找轻量化的潜在方案。
有限元法可以帮助我们划分车架结构，并计算不同部件的受力情况。
通过对受力情况的分析，我们可以找到那些不必要的部件或重量过剩的区域，从而进行删减。
例如，我们可以尝试使用高强度材料或降低材料使用量等方式来达到轻量化的目的。
其次，在设计轻量化方案后，需要通过仿真分析来验证其性能。
在有限元法中，我们可以将车架结构的物理特性输入到数学模型中，并通过计算得出其应力分布、变形情况等。
通过这种方式，我们可以在实际试验之前，快速地评估轻量化方案的性能，并进行修改和优化。
最后，有限元法还可以帮助我们改进设计方案，以进一步提高车架的性能。
例如，在仿真分析中，我们可以调整材料的类型和厚度，以达到更好的性能。
我们还可以通过优化部件的形状和尺寸，来减少结构的应力集中和变形等问题。
总之，有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种非常有效的工具。
通过使用该方法，我们可以快速地找到轻量化方案，并通过性能仿真进行验证和优化，最终提高车架的安全性和可靠性。
为了能更清楚地了解车架轻量化设计和仿真分析的数据，我们可以以一辆小型轿车为例，尝试列出相关数据并进行分析。
首先，我们需要了解该汽车原始的车架结构的总重量、尺寸和材料类型及数量等情况。
假设该汽车的车架总重量为1000千克，尺寸为4000毫米长、1500毫米宽和1500毫米高，使用的材料为钢材和铝材，其中钢材使用量为80%。
我们可以看到，该车架的重量相对较高，需要进行轻量化设计。
接下来，我们可以通过有限元法对该车架进行轻量化设计。
汽车举升机结构有限元分析及优化设计
条件的制约，与欧美日等西方国家比较，还存在着一段的差距。
目前，我国有限元法也广泛地应用于航空航天、机械、船舶、土木建筑、机电工业、铁道交通、轻工、地质等领域，许多研究处于世界前列。
在有限元通用程序方面，由于我国计算机发展条件的制约，与欧美日等西方国家比较，还存在着一段的差距。
随着我国经济的增长，科学技术现代化的迫切需要，加之有限元方面的专家和学者不懈努力，这种局面正在逐步改善。
特别是近年来，我国汽车行业引进了一些大型的有限元分析软件和ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＥ软件用于零部件的设计和计算【２１，２２］，极大地促进了有限元分析技术在汽车行业的运用，但在整车有限元分析方面，国内尚没形成一致的计算方法。
随着社会的进步，特别是７０年代能源危机以来，新的高强度材料、制造工艺和新的结构设计不断地投入使用又要求能及早发现材料、工艺和设计中的弱点，进行优化改进。
从经济上考虑，在产品的开发和试验过程中，尽量降低时间消耗、缩短产品开发周期，使产品及早投放市场也是十分必要的。
如果能够在产品开发的设计初期就能够预测出产品的结构强度和整车稳定性，那么这将在一定程度上促进产品的进一步开发研制，减少时间耗费。
另外，如果仅仅依靠试验后的数据，则需要在不同的加载条件下进行试验，这需要花费很长的一段周期，在经济上和效率上都是不合算的。
所以在设计阶段即能预测出整机的性能是极其必要的。
１．３主要研究内容根据中华人民共和国交通行业制定的汽车举升机标准ＪＴ／Ｔ１５５．２００４，本文利用有限元技术对ＢＬ－２３５０型双柱举升机进行结构分析，主要研究内容包括以下五个方面：（１）利用Ｐｒｏ／Ｅ软件建立双柱举升机三维参数化实体模型：（２）利用Ｐｒｏ／ＭＥｃＨＡＮＩｃＡ软件分别对双柱举升机总成在不同的工况下进行强度分析；（３）对模型的计算结果进行分析，评价其结构性能：（４）利用Ｐｒｏ／ＭＥｃＨＡＮＩｃＡ软件对双柱举升机进行模态分析：（５）根据计算结果对双柱举升机结构进行改进优化设计。
有限元法在汽车设计中的应用综述
有限元法在汽车设计中的应用综述有限元法（Finite Element Method，FEM）是一种常用的工程分析方法，可以用于汽车设计和研发过程中的各个方面。
它能够提供对汽车各个零部件和整车系统的结构和性能进行准确预测和评估，从而优化设计、提高质量和可靠性。
首先，在汽车设计中，有限元法广泛应用于结构分析。
通过将提供几何和材料特性的三维模型离散化为许多小单元，有限元方法可以实现复杂结构的精确模拟。
对于汽车的车架、车身和其他零部件，有限元分析可以确定和优化结构强度、刚度和耐久性，以确保在实际使用条件下的安全和可靠性。
其次，在汽车性能评估方面，有限元法也扮演着重要的角色。
例如，通过有限元分析可以预测汽车的振动和噪声水平，帮助设计师确定如何优化车辆的悬挂系统、座位和噪声隔离措施，提高驾驶舒适度。
此外，有限元法也可以用于优化车辆的气动外形，减小气动阻力，提高燃油效率。
在碰撞安全方面，有限元分析是不可或缺的工具。
通过构建模型并进行碰撞仿真，有限元法可以预测汽车在不同碰撞情况下的变形和应力分布，评估车辆和乘客的安全性能。
这有助于设计师改进车辆的安全结构，提高车辆的碰撞安全性。
有限元法还可以用于优化车辆的制造工艺。
通过在有限元模型中引入相关的制造过程，如冲压、焊接等，可以预测和解决可能出现的制造问题。
这有助于设计师优化零件和整车的制造工艺，减少制造成本和时间。
此外，有限元法还可以应用于电动汽车的设计和开发。
电动汽车的电池、电机和电控系统具有复杂的结构和作用机理。
通过有限元方法可对电池的热传导、电池盒的结构强度和散热性能进行评估和优化。
对于电机和电控系统，有限元分析可以用于确定电磁场分布、热湿度性能以及电磁振动等。
综上所述，有限元法在汽车设计中具有广泛应用的优势。
它可以用于汽车结构分析、性能评估、碰撞安全、制造工艺和电动汽车设计等方面。
通过有限元分析，汽车制造商和设计师能够在保证安全性和可靠性的前提下，最大程度地优化设计，提高汽车的性能和竞争力。
有限元法在汽车零部件开发中的应用
有限元法在汽车零部件开发中的应用汽车零部件的设计和开发是汽车制造行业中至关重要的任务，要
做到高质量、安全可靠、及时高效，就必须使用高效的设计分析工具，有效缩短设计和开发时间，减少设计缺陷和开发风险。
有限元分析（FEA）技术已成为汽车零部件的设计与开发的优势分析和设计工具，
它可以有效地为汽车零部件的设计和开发提供辅助。
有限元法是一种数值分析方法，它可以帮助用户快速、精确地检
验汽车零部件模型的有效性和可靠性，并为零部件的设计与开发提供
有价值的信息。
有限元分析技术能够提供更加准确和有效的汽车零部
件设计和开发方案，并迅速确定最佳的设计变量，使设计过程能够更
快地完成和实施。
有限元分析可以帮助汽车零部件制造商快速、准确的评估零部件
模型，预测未发生变化之前的情况，从而使建模时错误和误差最小化。
这些预测结果可以帮助制造商针对特定应用缩短设计周期，提高设计
质量，提高性能并大大减少费用支出。
此外，有限元分析还可以帮助开发人员在设计模型中针对特定应用环境识别最佳后处理和装配，以实现长远的可靠性和可持续发展。
它还可以协助结构优化，以有效减少原材料的消耗，缩短形状的设计时间，从而减少重量，延长使用寿命。
有限元分析在汽车零部件设计和开发中的应用可以帮助汽车零部件制造商提高分析精度，从而最大限度减少设计周期，降低费用，确保质量和安全；有效减少零部件模型建模时的错误和误差；进一步提升汽车零部件的性能，减少原材料的消耗，延长设备使用寿命，并有利于相关行业的可持续发展。
因此，有限元分析无疑成为汽车零部件设计和开发中有效率、准确和可靠的工具。
《汽车有限元法》课件
安全性优化
通过有限元分析，对汽车碰撞安全性能进行 评估和优化。
优化设计中的约束条件和目标函数
约束条件
包括结构强度、刚度、疲劳寿命等方 面的限制，以及设计变量本身的约束 （如尺寸限制等）。
《汽车有限元法》ppt 课件
目录
• 有限元法简介 • 汽车结构有限元分析 • 汽车零部件有限元分析 • 汽车碰撞有限元分析 • 汽车优化设计中的有限元法
有限元法简介
01
有限元法的定义
有限元法是一种数值分析方法，通过 将连续的物理系统离散化为有限个小 的单元，利用数学方法求解这些单元 的近似解，从而得到整个系统的近似 解。
结构优化
根据分析结果，可以对汽车结构进行优化设计， 提高其抗碰撞能力和轻量化水平。
碰撞模拟
在汽车开发过程中，可以利用有限元分析进行碰 撞模拟，以评估新车型的碰撞性能和安全性。
汽车优化设计中的
05
有限元法
基于有限元的优化设计方法
有限元法的基本原理
将复杂的结构分解为简单的、易于分析的单元，通过求解这些单元 的平衡方程来获得整个结构的响应。
潜在的安全问题。
动态分析
在碰撞过程中，对汽车进行 动态分析，以模拟各部件的 相互作用和变形。这一步需 要充分考虑碰撞过程中的冲
击载荷和瞬态效应。
结果后处理
对分析结果进行后处理，如 查看各部件的应力分布、变 形情况、碰撞力等，以便对 汽车结构进行优化和改进。
汽车碰撞有限元分析的应用
安全性评估
通过有限元分析，可以对汽车结构进行安全性评 估，检查是否存在潜在的安全隐患和改进空间。
有限元法广泛应用于工程领域，如结 构分析、流体动力学、电磁场等领域 。
有限元法的工程领域应用
有限元法的工程领域应用
有限元法（Finite Element Method，简称FEM）是一种工程领域常用的数值计算方法，广泛应用于结构力学、固体力学、流体力学等领域。
以下是一些有限元法在工程领域常见的应用：
1. 结构分析：有限元法可用于分析各种结构的受力性能，如建筑物、桥梁、飞机、汽车等。
通过将结构离散成有限数量的单元，可以计算出每个单元的应力、应变以及整个结构的位移、变形等信息。
2. 热传导分析：有限元法可用于模拟材料或结构的热传导过程。
通过对材料的热传导系数、边界条件等进行建模，可以预测温度分布、热流量等相关参数。
3. 流体力学分析：有限元法在流体力学领域的应用非常广泛，例如空气动力学、水动力学等。
通过建立流体的速度场、压力场等参数的数学模型，可以分析流体在不同条件下的运动特性。
4. 电磁场分析：有限元法可以应用于计算电磁场的分布和特性，如电磁感应、电磁波传播等。
通过建立电磁场的数学模型，可以预测电场、磁场强度以及电磁力等。
5. 振动分析：有限元法可用于模拟结构的振动特性，如自由振动、强迫振动等。
通过建立结构的质量、刚度和阻尼等参数的数学模型，可以计算出结构在不同频率下的振动响应。
6. 优化设计：有限元法可以与优化算法结合，应用于工程设计中的结构优化。
通过对结构的材料、几何形状等进行参数化建模，并设置目标函数和约束条件，可以通过有限元分析来寻找最佳设计方案。
以上只是有限元法在工程领域的一些应用，实际上有限元法在各个领域都有广泛的应用，为工程师提供了一种精确、高效的数值计算方法，用于解决各种实际工程问题。
汽车传动轴临界转速的有限元法计算
汽车传动轴临界转速的有限元法计算季 钢摘要 用有限元方法分析和计算汽车传动轴的临界转速,给出了相应的计算模型,并将计算的结果与实验结果相比较,为传动轴的设计与其临界转速的测定和计算提供了一种新的方法。
关键词:汽车传动轴 临界转速 有限元汽车传动轴的临界转速直接关系到汽车的高速性与平稳性。
传动轴系统在常用转速区出现共振,会使轴系和传动齿轮承受极大的交变冲击力,发生较强的机械振动与噪声,严重时还会导致断轴或断齿,造成事故。
目前国内较注重传动轴的动平衡,但对传动轴的共振频率的分布却研究甚少。
而事实上在大多数情况下,共振问题的产生往往是由于传动系统自振频率布置不当造成的,为了避免发生共振,通常可以修正系统的动力学参数(例如转动惯量和轴段与部件的刚度等),调整自振频率。
这些工作若能在汽车动力传动轴系的设计阶段加以解决,则最为经济和方便。
计算传动轴的临界转速相当于计算它的固有频率,计算轴系的固有频率有很多方法,本文介绍有限元方法进行分析和计算。
一、有限元法动力分析有限元法是最近三四十年发展起来的一门数值分析技术,是借助高速电子计算机解场问题的近似计算方法。
它运用离散的概念,使整个问题由整体连续到分段连续,由整体解析转化为分段解析,从而使数值法与解析法互相结合,互相渗透,形成一种新的数值计算方法。
首先把连续体离散化,把连续体假想分割成数目有限的小块单元,而单元之间只在数目有限的指定点处相互连结。
其次,选择一个较简单的函数来近似地表示其位移的分布规律,并用物理学中的基本方程建立起单元上节点力与位移的关系。
最后,借助于矩阵方法集合起来,利用各种方法求解方程组,得到所要求的结果。
动力学分析是有限元法的一个重要应用范围,结构的动力方程可由节点平衡条件来导出。
节点上的作用力可分为两类,作用于节点上的外载荷与相关单元对该节点的作用力。
汇集所有的节点方程,便得到结构的动力平衡方程,用矩阵符号可表示为: [M][ ]+[C][ ]+[K][ ]=[R](1)!!!其中[ ],[],[ ]分别是结构的节点位移、节点速度、节点加速度向量;[R]是结构的整体载荷向量,是t的函数;[K]是结构的整体刚度矩阵,由各个单元刚度矩阵集合而成;[C]是结构的整体阻尼矩阵,由各个单元阻尼矩阵集合而成;[M]是结构的整体质量矩阵,由各个单元质量矩阵集合而成;式(1)是用有限元法求解结构动力问题的基本方程,它是一个大型的二阶常微分方程组,简称为动力方程。
关于汽车有限元方法的讲座心得体会
关于汽车有限元方法的讲座心得体会你们知道吗？前几天我去听了一场关于汽车有限元方法的讲座，那可真是让我大开眼界啊！那天我早早地就来到了讲座现场，找了个靠前的位置坐下。
周围已经坐了不少人，有像我这样充满好奇的学生，也有一些在汽车行业摸爬滚打多年的老师傅。
大家都在叽叽喳喳地讨论着，猜测这个讲座会讲些啥。
不一会儿，讲座的主讲人登场了。
他是一位看起来很有精神的大叔，穿着一件整洁的衬衫，戴着一副黑框眼镜，镜片后面的眼睛闪烁着智慧的光芒。
他一上台，就笑着和大家打了招呼，那笑容特别有亲和力，一下子就把紧张的气氛给缓解了。
“大家好啊！今天咱们就来聊聊这个汽车有限元方法。
”大叔的声音洪亮又清晰，“我先给大家举个例子，让你们感受感受这玩意儿到底有多神奇。
”说着，他打开了电脑上的一个文件，屏幕上出现了一辆汽车的模型。
“你们看啊，这就是一辆普通汽车的模型。
”大叔指着屏幕说，“现在呢，咱们就用有限元方法来分析分析它。
比如说啊，咱们想知道这辆车在高速行驶的时候，哪个部位最容易受到压力的影响。
”这时候，旁边一个戴帽子的老师傅忍不住插了一句：“这能分析得出来？我干了这么多年，都是凭经验判断的。
”大叔笑了笑，说：“您这经验肯定宝贵，但有限元方法就像是给汽车做了一个全方位的‘体检’。
”说着，他在电脑上操作了几下，屏幕上的汽车模型就被划分成了无数个小方块，就像拼图一样。
“这些小方块啊，就是有限元。
”大叔解释道，“通过对每个小方块的受力情况进行计算，我们就能知道整个汽车在各种情况下的受力分布了。
”大家都听得津津有味，我旁边的一个同学还小声嘀咕：“哇，原来这么复杂啊，感觉好厉害的样子。
”接着，大叔又给我们展示了一个动画。
在动画里，汽车在虚拟的道路上高速行驶着，不同部位的颜色随着受力情况不断变化。
红色的地方表示受力大，蓝色的地方表示受力小。
“看，这下清楚了吧？”大叔得意地说，“通过这个分析，设计师就能在设计汽车的时候，对受力大的部位进行加强，让汽车更安全、更耐用。
汽车有限元法
• 常用大型通用有限元软件
ADINA、 ABAQUS、 ANSYS、 MSC/Marc、 MSC/Nastran
• 一些专用有限元软件
LS_DYNA、 PAM-CRASH、 MSC/Dytran (碰撞） Autoform、 DYNAFORM、、PAM-STAMP（冲压）、 DEFORM(体积成形)、 SysWeld（焊接） MOLDFLOW(注塑)、 ProCast (铸造)、AdvantEdge (切削) SimFact(体积成形)
结构有限元模型
结构有限元模型实例
结构有限元模型实例
结构有限元模型实例
结构有限元分析重要性
汽车CAE技术的应用面向整车开发的 全过程，在汽车开发过程（概念设计-详细 设计-样机验证-定型生产）中实现全过程、 整车及部件级虚拟样机仿真，减少原型车 试验次数，降低生产成本、缩短新车研发 周期。随着CAE应用深度及广度的提高， 实现CAE工作的规范化和制度化是提升企 业的技术能力和市场竞争力的有力保证。
• 一个新产品的问题有60%以上可以在设计阶段消 除，如果人们有先进的精确分析手段。
• 目前，国际上有90%以上的机械产品和装备都要 采用有限元方法进行分析，进而进行设计修改和 优化。
• 有限元分析已成为替代大量实物试验的数值化 “虚拟试验”，基于该方法的大量计算分析与典 型的验证性试验相结合可以做到高效率和低成本。
52
55
55 55 51
有限元软件的主要发展趋势
– 并行运算 – 单元库、材料库 – 多物理场耦合、多体耦合、多尺度耦合分析 – 增进前后处理能力及与CAD软件的集成技术 – 优化技术
有限元分析的作用及地位
• 现代工业的进步，完全得力于计算机科技 的突飞猛进。将计算机、计算机软件应用 于产品的开发、设计、分析与制造，已成 为近代工业提升竞争力的主要方法。
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– 单元分析
• 假设位移模式
– 得到假设的位移函数矩阵［N］ – 任一点的位移 f e 用节点位移表示 f e N e
单元e
节点位移
• 单元力学特性分析
– 由几何方程得到应变矢量（［B］为应变矩阵） e B e – 由物理方程得应力 e S e – 由虚位移原理得到单元刚度矩阵 K e e F – 节点力 和节点位移的关系
节点力
单元e
Fe K e e
– 整体分析
• 单刚迭加形成总刚［K］ • 单元节点力矢量迭加形成结构节点力矢量 F • 形成结构线性方程组
F K
– 约束处理并求解方程
• 处理位移约束条件 • 求解线性方程组的全部节点位移
– 根据所求节点位移计算应力分量
ADINA /
ABAQUS
• 1978年，三位著名学者Hibbitt, Karlsson和Sorensen 成立HKS公司，推出有限元产品为ABAQUS。总 部位于美国的罗德岛州（Rhode Island）。 • 国际上最先进的大型通用有限元分析软件之一。 (公司) 特别是它的非线性力学分析功能具有世界领先水 平。 • 两个主要分析模块： ABAQUS/Standard和 ABAQUS/Explicit • 国内清华大学工程力学系提供技术支持和服务。
汽车CAE技术的应用热点
动力学操纵稳定性分析 ---应用多体系统动力学分 析软件（MBS） ，ADAMS及CarSim； NVH性能分析 ---低频振动和高频噪声（刚弹耦合、 声固耦合） ； 疲劳耐久性分析---加速疲劳设计验证方法； 碰撞安全性分析 ---以LSDYNA为代表的显式有限 元软件来模拟； 流场分析及热管理 ---基于计算流体力学（CFD）； 多目标优化、多物理场耦合、多性能协调分析； ……
常用有限元分析软件介绍
• 从二十世纪60年代中期以来，进行了大量 的理论研究，不但拓展了有限单元法的应 用领域，还开发了许多通用或专用的有限 元分析软件。 • 有限元法得以飞速发展的一个重要原因就 是在工程实际中提出了一大批重要问题需 要进行分析：
航空、机械制造、土木工程、冶金、核能、地 震、气象…
• 板壳结构 • 空间实体结构 • 组合结构
– 建立力学模型
– 计算过程
• 前处理－建立计算模型
– 建立几何模型 – 划分单元网格 » 选择单元类型 » 划分网格 – 给定材料常数 – 给定单元实常数 – 施加载荷 – 处理边界条件
• 提交计算 • 后处理
– 观察分析位移结果 – 观察分析各种应力 – 其它结果
– 有限元应用实例（一）
• 汽车安全气囊计算பைடு நூலகம்
– 有限元应用实例（二）
– 有限元应用实例（九）
• 汽车碰撞1
– 有限元应用实例（十）
• 汽车碰撞2
• 有限元结构分类和计算步骤
– 结构分类
• 平面问题
– 平面应力 – 平面应变
• 轴对称问题 • 杆系结构
– 桁架（平面、空间） – 刚架（平面、空间）
几种通用有限元软件的比较
软件 一般 非 结构 线 性 5 3 爆炸 电 与 磁 冲击 场 0 3 温 度 场 5 流体 多场 易 力学 耦合 用 性 3 2 1 使用 二次 范围 开发 5 2
MSC. NASTRAN
MSC. MARC
ABAQUS ANSYS ADINA
5
5 5 5
5
5 4 5
0
4 0 0 易5难1
ADINA
• Automatic dynamic incremental nonlinear analysis • 1975 年 K. J. Bathe (Wilson的学生)在美国MIT创办 ADINA公司 • 大型通用非线性分析软件 (注： 20世纪60年代美国加州大学Wilson教授主持 开发了第一个大型通用结构分析程序SAP)
ABAQUS
/
ANSYS发展历程
ANSYS中国
http：///
MSC/Nastran
• 1963年，R. MacNeal博士和R. Schwendler创办 MSC公司 • 1964年，MSC承担美国航空航天局（NASA）项 目，主持 NASTRAN的开发 • 1971年，MSC推出专利版MSC/NASTRAN • 1989年, 发布经重大改进的 MSC/NASTRAN66
汽 车 结 构 有 限 元 分 析 | | 标 准 分 析 流 程
• 有限元基本方法
– 结构离散化
• 离散成有限个单元 • 单元之间通过节点相连 • 问题变成
– 求节点位移 – 有限个自由度
结构
• 网格越密
– 精度越高 – 计算时间越长 – 所需计算机资源越大
节点 单元 网格
• 单元节点位移用矢量 e • 单元种类很多
汽车有限元法
第一章 概论
1-1 有限元法概述 1-2 有限元法在汽车工程中的应用
有限元法概述
------Finite Element Methocd/Finite Element Analysis(FEM/FEA)
有限元法是将连续体理想化为有限个单 元集合而成，这些单元仅在有限个节点上相 连接，亦即用有限个单元的集合来代替原来 具有无限个自由度的连续体。由于有限单元 的分割和节点的配置非常灵活，它可适应于 任意复杂的几何形状，处理不同的边界条件。 单元有各种类型，包括线、面和实体或称为 一维、二维和三维等类型单元。节点一般都 在单元边界上，单元之间通过节点连接，并 承受一定载荷，这样就组成了有限单元集合 体。
MSC/Marc
• 1967年美国布朗大学力学系的Pedro Marcal教授创 立Marc公司 • 大型通用非线性分析软件 • 后因经营上的问题，被MSC公司并购
MSC中国
/
DYNA3D
• 1976年由Lawrence Livermore 国家实验室的John Hallguist博士发布 • 显式有限元理论和程序的鼻祖，其独特的算法非 常适合求解碰撞、爆炸、金属成形等高度非线性 问题。 • 目前状况 被法国ESI公司商品化为PAMCRASH 1989 Hallguist推出商业化版本LS-DYNA(3D) Dynaform-PC, Ansys/LS-DYNA
汽车结构有限元分析
1) 汽车设计中对所有结构件、主要零部件的强度、刚度和 稳定性分析 2) 汽车结构件或零部件的优化设计，如以汽车质量或体积 为目标函数的最优设计，还有对比分析中的参数化设计和 形状优化； 3) 对汽车结构件进行模态分析、瞬态分析、谐响应分析和 响应谱分析，为结构的动态设计提供方便有效的工具； 4) 汽车零部件及整车的疲劳分析，在概念或详细设计阶段 估计产品的寿命或是分析部件损坏的原因； 5) 车身内的声学设计，将车身结构模态与车身内声模态耦 合，评价乘员感受的噪声并进行噪声控制； 6) 车身空气动力学计算，解决高速行驶中的升力、阻力和 湍流等问题，为汽车性能和造型设计服务； 7）汽车碰撞历程仿真和乘员安全保护分析，提高汽车结构的 被动安全性。
• “虚拟试验”：头部撞伤是交通事故中的常 见伤害，由于包括伦理在内多种原因，很 难对头部受伤机制进行实验研究。通过有 限元建模和数值模拟，可以研究头部撞击 的忍耐范围，以及不同撞击条件下伤害的 评估，从而有助于发展汽车行业安全保护 标准。
• 一个新产品的问题有60%以上可以在设计阶段消 除，如果人们有先进的精确分析手段。
• 目前，国际上有90%以上的机械产品和装备都要 采用有限元方法进行分析，进而进行设计修改和 优化。 • 有限元分析已成为替代大量实物试验的数值化 “虚拟试验”，基于该方法的大量计算分析与典 型的验证性试验相结合可以做到高效率和低成本。
• 常用大型通用有限元软件
ADINA、 ABAQUS、 ANSYS、 MSC/Marc、 MSC/Nastran
• 一些专用有限元软件
LS_DYNA、 PAM-CRASH、 MSC/Dytran (碰撞） Autoform、 DYNAFORM、、PAM-STAMP（冲压）、 DEFORM(体积成形)、 SysWeld（焊接） MOLDFLOW(注塑)、 ProCast (铸造)、AdvantEdge (切削) SimFact(体积成形)
3
3 5 3
5
5 5 5
3
3 4 4
3
3 5 4
3
4 5 2
5
5 5 5
5
5 5 1
（5分制： 强5弱1
广5小1）
有限元软件的主要发展趋势
– 并行运算 – 单元库、材料库 – 多物理场耦合、多体耦合、多尺度耦合分析 – 增进前后处理能力及与CAD软件的集成技术 – 优化技术
有限元分析的作用及地位
• 1994年，MSC公司发布了经重大改进的 MSC/NASRANV68版 • 1994年，MSC与PDAE合并,形成了以MSC/ NASTRAN为核心的MSC产品系列 如：MSC.PATRAN、MSC.THERMAL、 MSC.FATIGUE等 • 1997年, MSC/NASTRAN V70版 • 2001年,MSC/NASTRAN2001版 航空航天领域的标准化结构分析软件
结构有限元模型
结构有限元模型实例
结构有限元模型实例
结构有限元模型实例
结构有限元分析重要性
汽车CAE技术的应用面向整车开发的 全过程，在汽车开发过程（概念设计-详细 设计-样机验证-定型生产）中实现全过程、 整车及部件级虚拟样机仿真，减少原型车 试验次数，降低生产成本、缩短新车研发 周期。随着CAE应用深度及广度的提高， 实现CAE工作的规范化和制度化是提升企 业的技术能力和市场竞争力的有力保证。
• 现代工业的进步，完全得力于计算机科技 的突飞猛进。将计算机、计算机软件应用 于产品的开发、设计、分析与制造，已成 为近代工业提升竞争力的主要方法。 CAD CAM – CAE