汽车结构有限元分析第六讲汽车结构有限元分析实例共52页文档
06-01车辆结构有限元模态分析
一、有限元模态分析基础
车辆结构的固有振动频率和振型可以从 两个方面获得： （1）通过对实际样车进行试验，识别出结构 的各阶模态频率和振型； （2）通过理论分析计算得出结构的各阶模态 和振型。
一、有限元模态分析基础
需要明确的是模态分析中只有线性行为 是有效的。如果分析中含有接触单元，则系 统取其初始状态的刚度之，并不再改变此刚 度值。模态分析中必须制定杨氏模量EX和密 度DENS（或某种形式的质量）。
一、有限元模态分析基础
模态分析要点： 1）必须要定义杨氏模量EX和密度DENS； 2）网格的划分对后续分析影响较大； 3）约束与否以及约束的位置对模态分析影响 较大。
一、有限元模态分析基础
模态分析分为三大类：自由模态分析、 约束模态分析、带预应力的模态分析。 所谓“自由”就是被分析的部件没有任 何的约束，有限元分析的频率就是部件的固 有频率。 约束模态是分析前处理好部件工作时的 边界条件，模拟工况。
一、有限元模态分析基础
模态分析的主要目的是用于确定系统振 动特性，即系统结构的固有频率及与此相对 应的振型。由于车辆在行驶过程中受到各方 面的动态载荷，如路面不平、发动机相关的 振动冲击等，使得车辆发生振动。 为避免因系统结构的固有频率与其他动 态载荷的频率相同相近而引发的共振，一般 需对车辆零部件进行模态分析。模态分析是 瞬态动力学、谐响应和谱分析等的基础。
车辆结构有限元分析
常熟理工学院（东南校区）
汽车工程学院——胡顺安
第六章 车辆结构有限元模态分析
有限元模态分析基础 悬臂梁约束模态分析 发动机曲轴自由模态分析 发动机曲轴约束模态分析
一、有限元模态分析基础
模态分析是振动工程理论的一个重要分 支，是研究结构动力特性的一种近代方法。 通过它可以确定机械系统的固有频率、振型 和振型参与系数，即在特定方向上某个振型 在多大程度上参与了振动。
《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 。
汽车车桥结构有限元分析
汽车车桥结构有限元分析作者：何钦章来源：《科学与财富》2018年第18期摘要：为分析某重型车车桥的静强度和振动特性，应用有限单元法对其进行数值模拟。
采用有限元分析工具ABAQUS对三种典型工况下的车桥进行了静强度分析，对其动态特性进行了自由模态分析。
分析结果表明，车桥结构的静强度和动态特性均满足设计要求。
关键词：ABAQUS；车桥；有限元；模态分析有限元分析软件ABAQUS可帮助设计人员快速地对车桥结构设计的合理性做出判断。
根据分析计算结果，针对不同设计要求，提出相应的改进措施。
根据经验和理论研究，引起车桥破坏的主要原因是作用在桥壳上的、由路面不平度引起的冲击力和各种复杂工况下的作用力。
本文主要针对最大垂直力工况、最大制动力工况和最大侧向力工况三种典型工况下的静强度进行分析，并对其振动特性进行了分析。
一、有限元模型的建立车桥CAD模型来自UG建模，几何模型见图1。
为了简化计算，假定材料各向同性且不考虑钢板弹簧座与车桥的连接关系，也不考虑轴颈与轴承的装配关系，即单独将车桥隔离出来，将车桥轴颈处的滚动轴承简化为对相应位置处节点的约束，并按图2（a）所示的位置施加约束，并进行后续分析。
利用专业有限元前处理工具Hypermesh进行结构离散，并在易产生应力集中部位加密网格。
给网格赋予车桥材料属性（材料为16Mn，密度7.833×10-9t/mm3、弹性模量2.1×105MPa、泊松比0.3、屈服极限420MPa），施加相应约束，得到离散后网格模型如图2（b）所示。
二、静力分析静力分析包括最大垂直力、最大制动力和最大侧向力三个工况。
已知条件：车轴满载轴荷13t，车轮间距1.84m。
由于车桥自重远小于满载轴荷，在静力计算中未考虑车桥自重。
1.工况一（最大垂直力工况）最大垂直力工况是汽车在路过不平路面受到冲击载荷的工况，不考虑制动和侧向力。
冲击载荷为满载轴荷的2.5倍，平均作用在两个钢板弹簧座处。
长安大学汽车结构有限元分析
汽车结构有限元分析一：有限单元法的思想：从数学角度看，其基本设想是通过离散化的手段，将偏微分方程或者变分方程变换成代数方程求解。
从力学角度看，其基本思想是通过离散化的手段，将连续体划分成有限个小单元体，并使他们在有限个节点上相互连接。
在一定精度要求下，用有限个参数来描述每个单元的力学特性，整个连续体的力学特性可以认为是这些小单元体的力学特性综合，从而建立起连续体的力的平衡关系。
二：有限元方法的应用：整车及零部件的强度疲劳寿命分析；整车及零部件刚度分析；整车及零部件的模态分析；汽车NVH分析；整车碰撞安全性分析；设计优化分析；气动或者流场分析；热结构耦合分析。
三：汽车结构有限元分析的流程：1、将连续分割成有限大小的区域:，这些小区域即为有限单元，单元之间以节点相连。
2、选择节点的物理量，如位移、温度作为未知量，对每个单元假设一个简单的连续位移函数来近似模拟其唯一分布规律3、利用有限单元法的不同解法，如根据虚功原理建立每个单元的平衡方程，形成单元性质的矩阵方程。
4、将各个单元在组装成原来的整体区域，建立整个物体的平衡方程组，形成整体刚度矩阵。
5、引入边界条件，即约束处理，求解出节点上的未知数。
四：弹性小挠度薄板弯曲基本假设：1、变形前垂直于中面的法线在变形后仍是弹性曲面的法线。
2、板厚方向的位移沿板的厚度是不变的，与中面的ω一致。
五：总刚度矩阵的性质：1、对称性2、稀疏性3、带状分布4、奇异性证明∑X=0∑Y=0结构处于平衡【边界约束前具有1-4的性质约束后有1-3的性质】六：什么叫等参单元等参单元有何优点和特点等参数单元简称等参元就是对单元几何形状和单元内的参变量函数采用相同数目的节点参数和相同的形函数进行变换而设计出的一种新型单元。
优点1、形函数用局部坐标表示2、局部坐标与直角坐标变换通过几何参数表达3、坐标变换几何参数量与形函数节点参数数量相同4、各类等参数单元构造方法相同。
七：什么是模态分析模态分析是研究结构动力特性一种近代方法是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。
车身结构有限元分析
杆（Bar） 壳单元（Shell）
承受拉伸载荷的细长结构，如某些限位约束可简化为刚 性杆，车骨架在拓扑优化设计等
车身冲压件
体单元（Solid） 螺栓、发动机等
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
4） 载荷的处理
作用于车身结构的载荷分别处理为结构自重、各装备重量和乘客重量。 Ø 结构自重可通过在ANSYS软件前处理程序中输入车身骨架材料密度和重力
7.1 车身结构有限元分析
第7章 车身结构有限元分析 及优化设计
《汽车车身结构与设计1 车身结构有限元分析
本章学习目标及重难点
学习目标
1. 了解有限元方法的基本理论； 2. 掌握车身结构有限元建模方法及简化方法； 3. 掌握车身结构有限元分析方法； 4. 了解车身结构优化设计的基本过程和方法。
求解器 后处理
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
1. 前处理模块
几何建模 单元类型选择 网格划分 材料类型选择 载荷处理：集中载荷、分布载荷
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
2. 分析计算模块 (SOLUTION)
通用后处理
3.后处理模块 (POSTProcessor)
第7章 车身结构有限元分析及优化设计
7.1 车身结构有限元分析
车身建模常用的有限元单元类型
单元类型
在车身上的应用举例
质量单元（Mass） 被省略部分的重量（如发动机、行李、乘员等）
梁（Beam） 弹簧（Spring）
承受弯曲载荷的细长结构、如底板下横梁、车架梁等、 点焊、复合材料板的加强筋
模拟悬架或发动机支撑的刚度特性
车架有限元分析
车架有限元分析摘要车架是车辆的重要组成部分之一，是整个汽车的基体，承受着车辆所传递的包括来自路面与发动机的振动激励等车辆总成部件的多种复杂载荷。
因此，车架的优劣直接会影响到整个汽车性能的好坏，对其进行必要的研究和数据分析也就显得分外重要了。
而随着科学技术的进步，数据时代的到来，为车架的分析也带来了新的技术变化。
本文主要以有限元分析为主体，运用ANSYS软件对某车型的车架进行数据分析，施加适当的约束和载荷，校核该车架的强度和刚度，查看该车架的强、刚度能否满足要求。
在建模与数据分析阶段，分别运用两种不同的软件进行。
首先运用PRO/E[1]软件进行三维几何实体建模，然后运用ANSYS软件进行数据分析。
主要内容有：（1）选用某车型的小型汽车的车架，寻找和测量其主要的车型参数。
（2）运用PRO/E软件绘制该车架的三维模型。
（3）将PRO/E软件中的三维模型数据导入到需要进行数据分析的ANSYS软件中。
（4）运用ANSYS软件的有限元分析对该车架进行几何清理、网格划分、静态分析。
（5）分析得出结论，查看是否满足要求。
准备工作：因为要运用PRO/E软件建模和ANSYS软件进行有限元数据分析，所以PRO/E的建模方法、有限元理论及分析方法、ANSYS使用方法、PRO/E与ANSYS软件的无缝连接等都需要进行必要的技术掌握。
关键词：车架；PRO/E；有限元分析；ANSYS；静态分析Frame finite element analysisAbstractFrame is one of the important part of vehicle, is the base of the car, under the vehicle passing by including vibration excitation from road and engine components such as vehicle assembly of a variety of complex load. As a result, the merits of the frame will directly affect the entire car performance is good or bad, the necessary research and data analysis also appears particularly important. But with the progress of science and technology, the arrival of the age of the data, the analysis for the frame also brings new technology changes.In this paper, finite element analysis for the main, using ANSYS software for a certain kechuang frame for data analysis in project, applying the appropriate constraints and load, check the strength and stiffness of the frame, see the strong, the stiffness of the frame can meet the requirements.In modeling and data analysis phase, respectively using two different types of software. First using PRO/E software for 3 d geometry entity model, and then using ANSYS software for data analysis. The main contents are:(1) choose a kechuang small car frame of the project, to find and measuring of the models of its main parameters.(2) using PRO/E software rendering 3 d model of the frame.(3) the PRO/E software in the 3 d model data is imported into the need for data analysis in the ANSYS software.(4) using ANSYS software of finite element analysis of the frame geometry cleanup, meshing, static analysis.(5) the analysis conclusion, see whether meet the requirements.Preparation: because of using PRO/E software modeling and ANSYS software for finite element analysis of data, so the modeling method, the finite element theory and analysis method of PRO/E, ANSYS using method, using PRO/E seamless connection with ANSYS software and so on all need to master the necessary technology.Key words: frame; PRO/E; The finite element analysis; ANSYS; Static analysis目录第一章引言...............................................................................................................................................- 1 -1.1车架介绍......................................................................................................................................- 1 -1.2有限元分析法在车架中的研究应用以及研究现状 ..................................................................- 3 -1.3课题研究的意义和目的..............................................................................................................- 3 -1.4主要研究内容..............................................................................................................................- 4 - 第二章有限元分析软件介绍...................................................................................................................- 4 -2.1PRO/E简介....................................................................................................................................- 4 -2.1.1PRO/E主要特性................................................................................................................- 4 -2.2ANSYS简介....................................................................................................................................- 5 -2.2.1ANSYS技术种类................................................................................................................- 6 -2.2.2软件优势..........................................................................................................................- 6 -2.2.3ANSYS功能........................................................................................................................- 7 - 第三章车架有限元建模...........................................................................................................................- 8 -3.1 车架简化形式的建模................................................................................................................- 8 -3.2建立有限元车架模型..................................................................................................................- 9 - 第四章有限元分析.................................................................................................................................- 10 -4.1静力分析....................................................................................................................................- 10 -4.1.1静力分析基础................................................................................................................ - 11 -4.1.2建立车架静力学分析模型............................................................................................- 12 -4.1.3对导入到ANSYS后的车架模型进行网格划分 ............................................................- 12 -4.2载荷的处理................................................................................................................................- 15 -4.3悬架与部件连接的模拟............................................................................................................- 16 -4.3.1悬架的处理....................................................................................................................- 16 -4.3.2部件连接及相互作用的模拟 ........................................................................................- 17 -4.4静力分析工况及约束处理........................................................................................................- 17 -4.4.1满载弯曲工况加载........................................................................................................- 17 -4.4.2满载制动工况分析........................................................................................................- 23 -4.4.3满载转弯工况分析........................................................................................................- 25 - 第五章结束语.........................................................................................................................................- 27 - 附录.........................................................................................................................................................- 29 - 参考文献...................................................................................................................................................- 46 - 致谢.........................................................................................................................................................- 47 -引言- 1 -第一章 引言1.1车架介绍车架也称大梁，是汽车的基体，一般由两根纵梁和几根横梁组成，经由悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。
汽车结构有限元分析--参考
一，概念机名词解释（考5个，共20分）1,有限元的基本概念答：有限元法（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
2,有限元的数学及力学思想答：有限元法作为结构分析的一种计算方法，从数学的角度看，其基本思想是通过离散化的手段，将偏微分方程或者变分方程换成代数方程求解；从力学的角度看，其基本思想是通过离散化的手段，将连续体划分成有限个小单元体并使他们在有限个节点相互连接。
在一定精度要求下，用有限个参数来描述每个单元的特性，而整个连续的力学特性能够可以认为是这些小单元体力学特性的总和，从而建立起连续的力的平衡关系。
3,泛函数的概念答：1又称泛函，通常实（复）值函数概念的发展。
通常的函数在R或C（n是自然数）中的集合上定义。
泛函数常在函数空间甚至抽象空间中的集合上定义，对集合中每个元素取对应值（实数或复数）。
通俗地说，泛函数是以函数作为变元的函数。
泛函数概念的产生与变分学问题的研究发展有密切关系2在某个变化中，有变量J及其一类函数{ Ψ（x）}中的每一个函数，按照某种法则都有变J 的某个数值与之相对应，那么，称变量J为这类函数{ Ψ（x）}的泛函，记作J=J[Ψ（x）] 4,什么是小势能原理答：最小势能原理是指系统处于平衡状态时在给定外力作用下，在满足位移边界条件的所有各组位移中间，实际存在的一组位移应使总能量成为极值，对于稳定的平衡状态，这个极值就是极小值。
5,什么是静力等效原则答：静力等效原则是指用有限元求解时，将原载荷与位移置后的等效节点载荷，在弹性体产生任何虚位移的过程中，所做的虚功相等。
汽车结构有限元分析--第六讲汽车结构有限元分析实例共52页文档
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
汽车结构有限元分析--第六讲汽车结 构有限元分析实例
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
汽车结构有限元分析--第六讲汽车结构有限元分析实例52页PPT
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护 。—— 威·厄尔
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
谢谢！
36、自己的鞋我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
汽车结构有限元分析第六讲汽车结构有限元分析实例PPT文档共52页
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
汽车结构有限元分析第六讲汽车结构有 限元分析实例
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
《汽车结构有限元》
《汽车结构有限元》一、在建立弹性力学平衡微分方程、几何方程、物理方程时分别应用了哪些基本假定？(1)物体是连续的(2)物体是完全弹性的(3)物体是均匀的(4)物体是各向同性的(5)物体的变形是微小的二、什么是平面应力问题？什么是平面应变问题？他们的应力分量某,y,某y是否相同的厚度为t的很薄的均匀木板。
只在边缘上受到平行于板面且不沿厚度变化的面力，同时，体力也平行于板面且不沿厚度变化。
以薄板的中面为某y面，以垂直于中面的任一直线为Z轴。
由于薄板两表面上没有垂直和平行于板面的外力，所以板面上各点均有：(z)t0，(z某)t0，(zy)t0zzz222另外由于平板很薄，外力又不沿厚度变化，可认为在整个薄板内各点均有：z0，z某某z0，zyyz0于是，在六个应力分量中，只需要研究剩下的平行于某OY平面的三个应力分量，某、y、某yy某，所以称为平面应力问题。
即10某某ED10yy(2-22)21某y1某y002一纵向(即Z向)很长，且沿横截面不变的物体，受有平行于横截面而且不沿长度变化的面力和体力。
由于物体的纵向很长(在力学上可近似地作为无限长考虑)，截面尺寸与外力又不沿长度变化；当以任一横截面为某y面，任一纵线为Z轴时，则所有一切应力分量、应变分量和位移分量都不沿Z方向变化，它们都只是某和y的函数。
此外，在这一情况下，由于对称(任一横截面都可以看作对称面)，所有各点都只会有某和y方向的位移而不会有Z方向的位移，即w=0因此，这种问题称为平面位移问题，但习惯上常称为平面应变问题101某某E(1)y10y(2-27)D(1)(12)1某y某y12002(1)E（若将E改换为2，将改换为，就得出下式）11三、有限单元法分析的基本思想(1)在力学模型上，将一个原来连续的物体，划分为数目有限的许多小块体（称为单元），这些单元之间仅在有限个节点上相连接，并在节点上引进等效力来代替实际作用于单元上的外力；(2)对于每一个单元，根据分块近似的思想，选择一种简单的函数来近似地表示单元内位移分布规律，并按一定的理论（如弹性理论中的能量原理，变分原理等），建立单元节点力和节点位移之间的关系。