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1、会计学1汽车汽车(qch)结构有限元分析概述结构有限元分析概述第一页，共20页。第一第一(dy)讲讲 概概 述述1.1.汽车产品设计流程的变化汽车产品设计流程的变化2.2.产品研发流程产品研发流程3.3.开发方法开发方法4.“V4.“V字形字形”开发流程开发流程5.5.结构结构(jigu)(jigu)有限元分析重要性有限元分析重要性6.6.汽车汽车CAECAE技术的应用热点技术的应用热点7.7.汽车结构汽车结构(jigu)(jigu)有限元分析有限元分析8.8.有限元法概述有限元法概述9.9.结构结构(jigu)(jigu)有限元模型有限元模型10.10.有限元方法学习有限元方法学习第1页/共
2、20页第二页，共20页。1.汽车产品设计流程的变化汽车产品设计流程的变化 昨天昨天今天今天现代现代(xindi)将来将来第2页/共20页第三页，共20页。2.世界世界(shji)一流的产品研发流程一流的产品研发流程世界一流的产品研发流程世界一流的产品研发流程3030个月个月步骤步骤关键点关键点布置布置项目计划项目计划概念开发概念开发系列开发与准备系列开发与准备产能爬坡产能爬坡项目启动项目启动概念决策概念决策试生产试生产开始生产开始生产-35-30-23-50造型造型内外部设计原型原型测试测试CAE工程工程 虚拟步骤/工艺开发部件测试部件测试综合测试综合测试验证验证耐久性测试耐久性测试样车循环生
3、产前测试生产前测试工业化工业化布置确定布置确定布置(-23)设计冻结设计冻结(-23)布置布置 冻结冻结(-19)设计循环设计循环CAD 100%(-17)大量使用虚拟仿真大量使用虚拟仿真基于最优化的测试策略的跨功基于最优化的测试策略的跨功能汽车能汽车重要的鉴定测试仅使用一次重要的鉴定测试仅使用一次样车循环样车循环第3页/共20页第四页，共20页。3.3.开发方法开发方法人机工效人机工效环境舒适性环境舒适性安全性安全性结构分析结构分析工程设计工程设计虚拟试验虚拟试验工艺分析工艺分析 以功能与性能设计为主线，强化概念设计阶段的虚拟开以功能与性能设计为主线，强化概念设计阶段的虚拟开以功能与性能设计
4、为主线，强化概念设计阶段的虚拟开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，在操纵发能力，对性能进行预测和控制。实现协同设计，在操纵发能力，对性能进行预测和控制。实现协同设计，在操纵发能力，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、可靠性等方面性、平顺性、安全性、可靠性等方面性、平顺性、安全性、可靠性等方面性、平顺性、安全性、可靠性等方面(fngmin)(fngmin)，在车身，在车身，在车身，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、工程设计、产品验证、生产准备的全过程实现分析设计、工程设计、产品验证、生
5、产准备的全过程实现分析设计、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。设计与试验的协调。设计与试验的协调。设计与试验的协调。第4页/共20页第五页，共20页。4.“V4.“V字形字形字形字形”开发开发开发开发(kif)(kif)流程流程流程流程第5页/共20页第六页，共20页。5.结构结构(jigu)有限元分析重要性有限元分析重要性 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(zhuq)。随着CAE应用深度及广度的提高，实现CAE
6、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。第6页/共20页第七页，共20页。6.汽车汽车CAE技术技术(jsh)的应用热点的应用热点 动力学操纵稳定性分析动力学操纵稳定性分析-应用多体系统动力学分析软应用多体系统动力学分析软件（件（MBSMBS），ADAMSADAMS及及CarSimCarSim；NVHNVH性能分析性能分析-低频振动和高频噪声（刚弹耦合、声固低频振动和高频噪声（刚弹耦合、声固耦合）耦合）；疲劳耐久性分析疲劳耐久性分析-加速疲劳设计验证方法；加速疲劳设计验证方法；碰撞安全性分析碰撞安全性分析-以以LSDYNALSDYNA为代表的显式有限元软件为代表的显式有
7、限元软件来模拟来模拟(mn)(mn)；流场分析及热管理流场分析及热管理-基于计算流体力学（基于计算流体力学（CFDCFD）；）；多目标优化、多物理场耦合、多性能协调分析；多目标优化、多物理场耦合、多性能协调分析；第7页/共20页第八页，共20页。7.7.汽车结构汽车结构汽车结构汽车结构(jigu)(jigu)有限元分析有限元分析有限元分析有限元分析1)1)汽汽车车设设计计中中对对所所有有结结构构件件、主主要要零零部部件件的的强强度度、刚刚度和稳定性分析度和稳定性分析2)2)汽汽车车结结构构件件或或零零部部件件的的优优化化设设计计，如如以以汽汽车车质质量量或或体体积积为为目目标标函函数数的的最最
8、优优设设计计，还还有有对对比比分分析析中中的的参参数数化化设设计和形状优化；计和形状优化；3)3)对对汽汽车车结结构构件件进进行行模模态态分分析析、瞬瞬态态分分析析、谐谐响响应应分分析和响应谱分析，为结构的动态设计提供方便有效的工具；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)4)汽汽车车零零部部件件及及整整车车的的疲疲劳劳分分析析，在在概概念念或或详详细细设设计计阶段估计产品的寿命或是分析部件损坏的原因；阶段估计产品的寿命或是分析部件损坏的原因；5)5)车车身身内内的的声声学学(shngxu)(shngxu)设设计计，将将车车身身结结构构模模态态与与车身内声模态耦合，评价乘员感受
9、的噪声并进行噪声控制；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)6)车车身身空空气气动动力力学学计计算算，解解决决高高速速行行驶驶中中的的升升力力、阻阻力和湍流等问题，为汽车性能和造型设计服务；力和湍流等问题，为汽车性能和造型设计服务；7 7）汽汽车车碰碰撞撞历历程程仿仿真真和和乘乘员员安安全全保保护护分分析析，提提高高汽汽车车结结构构的的被动安全性。被动安全性。第8页/共20页第九页，共20页。汽车汽车汽车汽车(qch)(qch)结构有限元分析结构有限元分析结构有限元分析结构有限元分析-一汽一汽一汽一汽CAECAE分析流程分析流程分析流程分析流程第9页/共20页第十页，共20页
10、。汽车结构有限元分析|标准分析流程第10页/共20页第十一页，共20页。8.8.有限元法概述有限元法概述(i(i sh)sh)-Finite Element-Finite Element Methocd/Finite Methocd/Finite Element Element Analysis(FEM/FEA)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(yuy)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，
11、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。第11页/共20页第十二页，共20页。8.8.有限元法概述有限元法概述(i(i sh)sh)有有限限元元法法直直接接为为产产品品设设计计服服务务，与与工工程程应应用用密密切切相相关关。而而且且有有限限元元法法的的物物理理概概念念十十分分清清晰晰，容容易易为为工工程程技技术术人人员员所所理理解解。大大型型集集成成化化通通用用软软件件的的普普及及与与推推广广，应应用用有有限限元元法法进进行行一一般般工工程程结结构构分分析析成成为为相相对对容容易易的的技技术术工
12、工作作。但但是是，为为了了正正确确地地使使用用通通用用程程序序，做做好好数数据据前前后后处处理理工工作作，掌掌握握分分析析方方法法，都都需需要要对对有有限限元元基基本本理理论论有有一一定定程程度度的的理理解解。随随着着计计算算机机辅辅助助工工程程（CAECAE）溶溶入入设设计计过过程程的的进进程程加加快快，立立足足于于设设计计前前期期的的CAECAE技技术术，将将有有限限元元软软件件集集成成于于CADCAD环环境境中中，面面向向CADCAD软软件件的的使使用用者者，形形成成产产品品分分析析、设设计计、制制造造一一体体化化，这这也也是是工工业业生生产产的的发发展展方方向向，有有限限元元法法在在其
13、其中中则则起起着着重重要要(zhngyo)(zhngyo)的作用。的作用。第12页/共20页第十三页，共20页。9.9.9.9.结构结构结构结构(jigu)(jigu)(jigu)(jigu)有限有限有限有限元模型元模型元模型元模型第13页/共20页第十四页，共20页。结构有限元模型结构有限元模型结构有限元模型结构有限元模型(mxng)(mxng)(mxng)(mxng)实例实例实例实例第14页/共20页第十五页，共20页。结构结构结构结构(jigu)(jigu)(jigu)(jigu)有限元有限元有限元有限元模型实例模型实例模型实例模型实例第15页/共20页第十六页，共20页。结构有限元模型
14、结构有限元模型结构有限元模型结构有限元模型(mxng)(mxng)(mxng)(mxng)实例实例实例实例第16页/共20页第十七页，共20页。10.有限元方法有限元方法(fngf)学习学习有限元法基本研究方法：结构离散有限元法基本研究方法：结构离散单元分析单元分析(fnx)(fnx)整体求解；整体求解；有限元法实施过程：前处理有限元法实施过程：前处理中处理中处理后处理；后处理；（数据准备、网格划分）（数据准备、网格划分）-（刚度矩阵、分析（刚度矩阵、分析(fnx)(fnx)计算）计算）-（数据分析（数据分析(fnx)(fnx)、结、结果评价）果评价）建立有限元计算模型，难点是如何精确的建立模
15、型；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；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；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，有限元分析法的平台。如果不懂有限元理论，有限元分析(fnx)
16、(fnx)做的不深，更谈不上为工程结构做的不深，更谈不上为工程结构服务。服务。(掌握技术诀窍和技术诀窍原理掌握技术诀窍和技术诀窍原理,know-what,know-how,know-why),know-what,know-how,know-why)网络学习，教材学习，上机操作，课后自习网络学习，教材学习，上机操作，课后自习第17页/共20页第十八页，共20页。有限元分析的关键有限元分析的关键-核心核心(hxn)问题问题 精确建模！准确加载！正确(zhngqu)约束！明确分析！第18页/共20页第十九页，共20页。第一第一(dy)讲结束语讲结束语 你越懂得如何学习，你就越会做（实际(shj)应用)，你也就越富有创造力。第19页/共20页第二十页，共20页。