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1、CAE基本概念培训基本概念培训结构有限元1高级材料提纲提纲l结构分析的目的l结构几个基本术语的含义l有限元方法概况lCAE目前可以做的事情l项目组相应提供的数据2高级材料1、克服传统设计方法的不足。、克服传统设计方法的不足。 以往的设计大都是基于经验的，基于经验的设计以往的设计大都是基于经验的，基于经验的设计在以往的产品开发中取得了巨大的成功，但也存在一在以往的产品开发中取得了巨大的成功，但也存在一些不足，一般只能解些不足，一般只能解决行不行的问题，很难解决优不决行不行的问题，很难解决优不优的问题，并且经验的积累需要时间，有时也不可靠。优的问题，并且经验的积累需要时间，有时也不可靠。2、评价设
2、计评价设计 3、优化设计、优化设计 结构分析的目的结构分析的目的 3高级材料结构几个基本术语结构几个基本术语l刚度l强度l模态4高级材料结构几个基本术语结构几个基本术语刚度概念刚度概念刚度：抗变形能力，看位移。 基本要求：构件在工作时的弹性变形在规定的限度内。 晒衣绳竹竿钢管 车身前后刚度小，中间刚度大。5高级材料l强度：抗破坏（断裂或明显塑性变形），看应力 高强度钢板、低强度钢板都是钢板，基本特征没有变，变的是能够胜任的场合。 结构几个基本术语结构几个基本术语强度概念强度概念6高级材料l模态：固有频率及振动形式 为基于白车身动态特性的设计开发提供参考依据。结构几个基本术语结构几个基本术语模态
3、概念模态概念7高级材料l平滑刚度设计l等强度设计l高频设计结构几个基本术语结构几个基本术语刚度、强度、模态要求刚度、强度、模态要求8高级材料有限元简介有限元简介l有限元方法l有限元分析步骤9高级材料l有限元方法也叫有限元方法也叫“有限单元法有限单元法”或或“有限元素法有限元素法”，英文是：英文是：“FiniteElementMethod”。这种方法最初。这种方法最初起源于结构分析，由结构力学的位移法发展而来。起源于结构分析，由结构力学的位移法发展而来。l有限元的基本思想就是分片逼近有限元的基本思想就是分片逼近。将连续系统分割成有限个分区或单元，对每个单元提将连续系统分割成有限个分区或单元，对每
4、个单元提出一个近似解，再将所有单元按标准方法组合成一个出一个近似解，再将所有单元按标准方法组合成一个与原有系统近似的系统。与原有系统近似的系统。 有限元简介有限元简介有限元方法有限元方法10高级材料 从定积分的定义出发，可以将曲线分成若干小段，用若干矩形面积之和作为近似解，如果在小段内用简单函数逼近曲线，在有限范围内结果精度可以得到显著提高。有限元简介有限元简介有限元方法示意有限元方法示意11高级材料l实验方法实验方法最大优点是结果真实可靠，通常被当作产品最终定型的权威性依据。缺点是：最大优点是结果真实可靠，通常被当作产品最终定型的权威性依据。缺点是：1）实实验验一一定定要要在在样样品品或或样
5、样机机试试制制之之后后才才能能进进行行，成成本本高高、周周期期长长，并并且且只只适适合合批批量量生产的产品。生产的产品。2）可以获得的数据量有限，无法对设计提供更多的指导，更无法进行结构优化。）可以获得的数据量有限，无法对设计提供更多的指导，更无法进行结构优化。3）受实验手段的限制，有些参数无法测准。）受实验手段的限制，有些参数无法测准。l有限元方法有限元方法1）经济、快捷，成本低、周期短。（与实验相比）经济、快捷，成本低、周期短。（与实验相比）2）一次分析可以获得大量的数据。一次分析可以获得大量的数据。3）可以与设计同步进行。可以与设计同步进行。4）可以配合优化算法，对设计进行优化。可以配合
6、优化算法，对设计进行优化。 缺点是：受计算机硬件的限制，精度有限。缺点是：受计算机硬件的限制，精度有限。有限元简介有限元简介有限元方法与试验方法的比较有限元方法与试验方法的比较12高级材料有限元简介有限元简介有限元分析过程有限元分析过程 前处理 求解 后处理13高级材料1、前处理、前处理用用于于模模型型数数据据准准备备的的软软件件。通通常常包包含含结结构构几几何何建建模模、网网格格生生成成、边界条件处理及材料参数生成、编辑与修改等功能。边界条件处理及材料参数生成、编辑与修改等功能。2、后处理、后处理用用于于处处理理、分分析析和和评评价价分分析析结结果果的的软软件件。通通常常包包含含物物理理量量
7、分分布布规规律律的的显显示示、分分析析结结果果的的变变换换处处理理、各各种种曲曲线线及及图图表表的的生生成成与与绘绘制等处理功能。制等处理功能。有限元前后处理的概念有限元前后处理的概念有限元简介有限元简介有限元分析过程有限元分析过程14高级材料l几何建模几何建模l网格生成网格生成l材料参数材料参数l边界条件处理边界条件处理前处理计算模型生成前处理计算模型生成有限元简介有限元简介有限元分析过程有限元分析过程15高级材料网格时间l单元l焊点l胶粘：玻璃胶、顶棚胶l其他连接：螺接、铆接、翻边有限元简介有限元简介有限元分析过程有限元分析过程精度16高级材料有限元简介有限元简介常用单元类型常用单元类型1
8、7高级材料材料参数数据材料参数数据基本参数：弹性模量、泊松比、密度基本参数：弹性模量、泊松比、密度碰撞还需：应力应变曲线、应变率曲线碰撞还需：应力应变曲线、应变率曲线有限元简介有限元简介有限元分析过程有限元分析过程准确准确18高级材料边界条件说明边界条件说明约束约束载荷载荷有限元简介有限元简介有限元分析过程有限元分析过程沟通沟通19高级材料l物理量分布规律的显示物理量分布规律的显示l分析结果的变换处理分析结果的变换处理l各种曲线及图表的生成与绘制各种曲线及图表的生成与绘制后处理后处理有限元简介有限元简介有限元分析过程有限元分析过程20高级材料后处理后处理后处理的目的在于分析计算模型是否合理，提
9、出结论。后处理的目的在于分析计算模型是否合理，提出结论。用可视化方法（等值线、等值面、色块图）分析计算结用可视化方法（等值线、等值面、色块图）分析计算结果，包括位移、应力、应变、温度等；果，包括位移、应力、应变、温度等；最大最小值分析；最大最小值分析；特殊部位分析。特殊部位分析。有限元简介有限元简介有限元分析过程有限元分析过程21高级材料后处理后处理有限元简介有限元简介有限元分析过程有限元分析过程22高级材料后处理后处理有限元简介有限元简介有限元分析过程有限元分析过程23高级材料后处理后处理有限元简介有限元简介有限元分析过程有限元分析过程24高级材料CAE现阶段在做的事情现阶段在做的事情l刚度
10、：白车身刚度，开闭件刚度 l强度：白车身强度，悬架关键件强度 l模态：白车身自由模态，开闭件自由模态，悬架关键 件自由模态。l碰撞：整车前碰、侧碰、后碰、40偏置碰l流体：外表面，空调风道l运动：轮跳，悬架运动学，悬架动力学，整车操稳， 整车平顺，雨刮，玻璃升降器25高级材料刚度刚度白车身刚度：弯扭刚度开闭件刚度：弯扭刚度，垂向刚度（车门）26高级材料强度强度白车身强度：驱动，制动，转向，上下冲击，单轮冲击等。悬架关键件强度：驱动，制动，转向，上下冲击，单轮冲击等。27高级材料模态模态l白车身自由模态l开闭件自由模态l悬架关键件自由模态。28高级材料碰撞碰撞l整车前碰29高级材料碰撞碰撞l侧碰
11、30高级材料碰撞碰撞后碰31高级材料碰撞碰撞40偏置碰32高级材料流体流体外流场：迎风面积，风阻系数。33高级材料流体流体空调风道：出风均匀性，风量分配比率。出出风口口流量（流量（kg/s）出出风口口风量比例分析量比例分析值左出风0.05223.4左中出风0.05725.7右中出风0.05424.3右出风0.05926.634高级材料运动运动35高级材料运动运动l轮跳：极限位置l悬架运动学：四轮定位l悬架动力学：受力时四轮定位参数变化量l整车操稳：中性转向点侧向加速度，不足转向度 ，车身侧倾度 。l整车平顺：汽车舒适度 l雨刮：极限位置，运动轨迹l玻璃升降器：间隙检查36高级材料项目组提供的数
12、据项目组提供的数据l数模l参数l工况37高级材料项目组提供的数据项目组提供的数据数模数模l结构：白车身、开闭件、悬架关键件（副车 架、摆臂、横向稳定杆、扭转梁）l碰撞：内外饰，转向系统、制动系统等l流体：车身外表面（包括后视镜，油箱等） 空调风道l运动：悬架38高级材料项目组提供的数据项目组提供的数据参数参数l材料参数结构板金件结构板金件基本参数：弹性模量、泊松比、密度基本参数：弹性模量、泊松比、密度碰撞还需：应力应变曲线、应变率曲线碰撞还需：应力应变曲线、应变率曲线 运动衬套 各衬套刚度、阻尼各衬套刚度、阻尼轮胎刚度、阻尼轮胎刚度、阻尼l运动分析参数运动分析参数前后悬架刚度、座椅刚度、转动惯量前后悬架刚度、座椅刚度、转动惯量l动力响应动力响应路面不平度，振动频率、幅度路面不平度，振动频率、幅度39高级材料项目组提供的数据项目组提供的数据工况工况约束：焊点，固连，螺栓，铰链，万向节等。载荷：集中载荷，均步载荷，压强，位移量。运动关系：移动，旋转，相对位移。40高级材料结论结论l刚度、强度、模态l有限元：分片逼近l项目组提供：材料参数、工况41高级材料
