单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/2/8,#,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；,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,|,|,标,准,分,析,流,程,有限,元,元基,本,本方,法,法,结构,离,离散,化,化,离散,成,成有,限,限个,单,单元,单元,之,之间,通,通过,节,节点,相,相连,问题,变,变成,求节,点,点位,移,移,有限,个,个自,由,由度,网格,越,越密,精度,越,越高,计算,时,时间,越,越长,所需,计,计算,机,机资,源,源越,大,大,单元,节,节点,位,位移,用,用矢,量,量,单元,种,种类,很,很多,结构,单元,节点,网格,单元,分,分析,假设,位,位移,模,模式,得到,假,假设,的,的位,移,移函,数,数矩,阵,阵N,任一,点,点的,位,位移,用,用节,点,点位,移,移表,示,示,单元,力,力学,特,特性,分,分析,由几,何,何方,程,程得,到,到应,变,变矢,量,量（,B,为,应,应变,矩,矩阵,）,）,由物,理,理方,程,程得,应,应力,由虚,位,位移,原,原理,得,得到,单,单元,刚,刚度,矩,矩阵,节点,力,力,和,和,节,节点,位,位移,的,的关,系,系,单元e,节点,力,力,单元e,节点位移,整体,分,分析,单刚,迭,迭加,形,形成,总,总刚,K,单元,节,节点,力,力矢,量,量迭,加,加形,成,成结,构,构节,点,点力,矢,矢量,形成,结,结构,线,线性,方,方程,组,组,约束,处,处理,并,并求,解,解方,程,程,处理,位,位移,约,约束,条,条件,求解,线,线性,方,方程,组,组的,全,全部,节,节点,位,位移,根据,所,所求,节,节点,位,位移,计,计算,应,应力,分,分量,有限,元,元应,用,用实,例,例（,一,一）,汽车,安,安全,气,气囊,计,计算,有,限,限,元,元,应,应,用,用,实,实,例,例,（,（,二,二,）,）,有,限,限,元,元,应,应,用,用,实,实,例,例,（,（,九,九,）,）,汽,车,车,碰,碰,撞,撞1,有,限,限,元,元,应,应,用,用,实,实,例,例,（,（,十,十,）,）,汽,车,车,碰,碰,撞,撞2,有,限,限,元,元,结,结,构,构,分,分,类,类,和,和,计,计,算,算,步,步,骤,骤,结,构,构,分,分,类,类,平,面,面,问,问,题,题,平,面,面,应,应,力,力,平,面,面,应,应,变,变,轴,对,对,称,称,问,问,题,题,杆,系,系,结,结,构,构,桁,架,架,（,（,平,平,面,面,、,、,空,空,间,间,）,）,刚,架,架,（,（,平,平,面,面,、,、,空,空,间,间,）,）,板,壳,壳,结,结,构,构,空,间,间,实,实,体,体,结,结,构,构,组,合,合,结,结,构,构,建,立,立,力,力,学,学,模,模,型,型,计,算,算,过,过,程,程,前,处,处,理,理,建,建,立,立,计,计,算,算,模,模,型,型,建,立,立,几,几,何,何,模,模,型,型,划,分,分,单,单,元,元,网,网,格,格,选,择,择,单,单,元,元,类,类,型,型,划,分,分,网,网,格,格,给,定,定,材,材,料,料,常,常,数,数,给,定,定,单,单,元,元,实,实,常,常,数,数,施,加,加,载,载,荷,荷,处,理,理,边,边,界,界,条,条,件,件,提,交,交,计,计,算,算,后,处,处,理,理,观,察,察,分,分,析,析,位,位,移,移,结,结,果,果,观,察,察,分,分,析,析,各,各,种,种,应,应,力,力,其,它,它,结,结,果,果,常,用,用,有,有,限,限,元,元,分,分,析,析,软,软,件,件,介,介,绍,绍,从,二,二,十,十,世,世,纪,纪60,年,年,代,代,中,中,期,期,以,以,来,来,，,，,进,进,行,行,了,了,大,大,量,量,的,的,理,理,论,论,研,研,究,究,，,，,不,不,但,但,拓,拓,展,展,了,了,有,有,限,限,单,单,元,元,法,法,的,的,应,应,用,用,领,领,域,域,，,，,还,还,开,开,发,发,了,了,许,许,多,多通,用,用或专,用,用的,有,有,限,限,元,元,分,分,析,析,软,软,件,件,。
有,限,限,元,元,法,法,得,得,以,以,飞,飞,速,速,发,发,展,展,的,的,一,一,个,个,重,重,要,要,原,原,因,因,就,就,是,是,在,在,工,工,程,程,实,实,际,际,中,中,提,提,出,出,了,了,一,一,大,大,批,批,重,重,要,要,问,问,题,题,需,需,要,要,进,进,行,行,分,分,析,析,：,：,航,空,空,、,、,机,机,械,械,制,制,造,造,、,、,土,土,木,木,工,工,程,程,、,、,冶,冶,金,金,、,、,核,核,能,能,、,、,地,地,震,震,、,、,气,气,象,象,常,用,用大,型,型,通,通,用,用有,限,限,元,元,软,软,件,件,ADINA,、,、,ABAQUS,、,、,ANSYS,、,、MSC/Marc,、,、MSC/Nastran,一,些,些专,用,用有,限,限,元,元,软,软,件,件,LS_DYNA,、,、PAM-CRASH,、,、MSC/Dytran(,碰,碰,撞,撞,）,）,Autoform,、,、DYNAFORM,、,、,、,、PAM-STAMP,（,（,冲,冲,压,压,）,）,、,、,DEFORM(,体,体,积,积,成,成,形,形),、,、SysWeld,（,（,焊,焊,接,接,）,）,MOLDFLOW(,注,塑,塑,),、,、ProCast(,铸,造,造,),、,、AdvantEdge(,切,削,削,),SimFact(,体,体,积,积,成,成,形,形),ADINA,Automaticdynamicincrementalnonlinearanalysis,1975,年,年K.J.Bathe(Wilson,的,的,学,学,生,生),在,在,美,美,国,国MIT,创,创,办,办ADINA,公,公,司,司,大,型,型,通,通,用,用,非,非,线,线,性,性,分,分,析,析,软,软,件,件,(,注,注,：,：20,世,世,纪,纪60,年,年,代,代,美,美,国,国,加,加,州,州,大,大,学,学Wilson,教,教,授,授,主,主,持,持,开,开,发,发,了,了,第,一,一,个,个,大,型,型,通,通,用,用,结,结,构,构,分,分,析,析,程,程,序,序SAP),ABAQUS,1978,年,年,，,，,三,三,位,位,著,著,名,名,学,学,者,者Hibbitt,Karlsson,和,和Sorensen,成,成,立,立HKS,公,公,司,司,，,，,推,推,出,出,有,有,限,限,元,元,产,产,品,品,为,为ABAQUS,。
总,总,部,部,位,位,于,于,美,美,国,国,的,的,罗,罗,德,德,岛,岛,州,州,（,（RhodeIsland,）,）,国,际,际,上,上,最,最,先,先,进,进,的,的,大,大,型,型,通,通,用,用,有,有,限,限,元,元,分,分,析,析,软,软,件,件,之,之,一,一,特,特,别,别,是,是,它,它,的,的,非,非,线,线,性,性,力,力,学,学,分,分,析,析,功,功,能,能,具,具,有,有,世,世,界,界,领,领,先,先,水,水,平,平,两个主,要,要分析,模,模块：ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit,国内清,华,华大学,工,工程力,学,学系提,供,供技术,支,支持和,服,服务公司),ANSYS发,展,展历程,MSC,/Nastran,1963年，R.MacNeal博士,和,和R.Schwendler创,办,办MSC公司,1964年，MSC,承,承担美,国,国航空,航,航天局,（,（NASA）,项,项目，,主,主持NASTRAN的开,发,发,1971年，MSC,推,推出专,利,利版MSC/NASTRAN,1989年,发,发布,经,经重大,改,改进的MSC/NASTRAN66,1994年，MSC,公,公司发,布,布了经,重,重大改,进,进的MSC/NASRANV68版,1994年，MSC,与,与PDAE合,并,并,形,成,成了以MSC/NASTRAN为核,心,心的,MSC,产,产品系,列,列,如：MSC.PATRAN,、,、MSC.THERMAL,、,、MSC.FATIGUE,等,等,1997年,MSC/NASTRANV70版,2001年,MSC/NASTRAN2001,版,版,航空航,天,天领域,的,的标准,化,化结构,分,分析软,件,件,MSC/Marc,1967年美,国,国布朗,大,大学力,学,学系的PedroMarcal,教,教授创,立,立Marc公,司,司,大型通,用,用非线,性,性分。