汽车结构有限元分析 合肥工业大学 车辆工程系 谭继锦编制并主讲 2010年元月 课件仅作为学习交流之用，不能用于商业用途 第一讲 概 述 1.汽车产品设计流程的变化 2.产品研发流程 3.开发方法 4.“V字形”开发流程 5.结构有限元分析重要性 6.汽车CAE技术的应用热点 7.汽车结构有限元分析 8.有限元法概述 9.结构有限元模型 10.有限元方法学习 1.汽车产品设计流程的变化 —昨天—今天—现代—将来 设计制造试验再设计设计（CAD）虚拟试验（CAE）再设计制造试验再设计设计概念设计优化（CAD）虚拟试验（CAE）优化制造试验再设计2.世界一流的产品研发流程 世界一流的产品研发流程–30个月 步骤 关键点 布置 造型 -35 -30 -23 -5 0 项目计划 概念开发 系列开发与准备 产能爬坡 试生产 开始生产 项目启动 概念决策 确定布置(-23) 设计冻结 (-23) 布置 冻结(-19) 布置 内外部设计 CAE工程 虚拟步骤/工艺开发 基于最优化的测试策略的跨功能汽车 大量使用虚拟仿真 设计循环 重要的鉴定测试仅使用一次样车循环 CAD 100% (-17) 原型 样车循环 生产前测试 工业化 验证 测试 部件测试 综合测试 耐久性测试 3.开发方法 人机工效 结构分析 工程设计 虚拟试验 安全性 工艺分析 环境舒适性 以功能与性能设计为主线，强化概念设计阶段的虚拟开发能力，对性能进行预测和控制。实现协同设计，在操纵性、平顺性、安全性、可靠性等方面，在车身设计、工程设计、产品验证、生产准备的全过程实现分析设计与试验的协调。 4.“V字形”开发流程 5.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。 6.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； …… 7.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。 汽车结构有限元分析------一汽CAE分析流程 汽 车 结 构 有 限 元 分 析 | | 标 准 分 析 流 程 8.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。 8.有限元法概述 有限元法直接为产品设计服务，与工程应用密切相关。而且有限元法的物理概念十分清晰，容易为工程技术人员所理解。大型集成化通用软件的普及与推广，应用有限元法进行一般工程结构分析成为相对容易的技术工作。但是，为了正确地使用通用程序，做好数据前后处理工作，掌握分析方法，都需要对有限元基本理论有一定程度的理解。随着计算机辅助工程（CAE）溶入设计过程的进程加快，立足于设计前期的CAE技术，将有限元软件集成于CAD环境中，面向CAD软件的使用者，形成产品分析、设计、制造一体化，这也是工业生产的发展方向，有限元法在其中则起着重要的作用。 9.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 10.有限元方法学习 有限元法基本研究方法：结构离散—单元分析—整体求解； 有限元法实施过程：前处理—中处理—后处理； （数据准备、网格划分）--（刚度矩阵、分析计算）--（数据分析、结果评价） 建立有限元计算模型，难点是如何精确的建立模型； 计算模型中各种支承、连接要与实际结构相符； 确定载荷，尤其是动态载荷、路面载荷等； 通过学习有限元基本理论，结合专业知识，将学习有限元法和掌握程序操作技巧结合起来，通过上机实践，加深对问题的理解。软件只是一个工具，它提供了学习有限元方法的平台。如果不懂有限元理论，有限元分析做的不深，更谈不上为工程结构服务。(掌握技术诀窍和技术诀窍原理,know-what, know-how, know-why) 网络学习，教材学习，上机操作，课后自习… 有限元分析的关键---核心问题 精确建模！ 准确加载！ 正确约束！ 明确分析！ 第一讲结束语 你越懂得如何学习， 你就越会做（实际应用)，你也就越富有创造力。
