结构振动噪声CAE分析方案及应用

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CAE在汽车NVH设计开发及优化中的应用

车身振动灵敏度分析
计算结果（发动机悬置中心激励）
后席SR右
X向加振_响应
STG 12时方向
X向加振_响应
Inertance (m/s 2 /N)
Y向加振_响应 Z向加振_响应
Inertance (m/s /N)
Y向加振_响应 Z向加振_响应
驾驶席脚下
Inertance (m/s /N)
X向加振_响应 Inertance (m/s 2 /N) Y向加振_响应 Z向加振_响应
X向加振 Y向加振 Z向加振 Target Frequence (Hz)
前席中央音响感度-TM Mtt加振
后席中央音响感度-TM Mt加振
音响感度 (dB-A)
音响感度 (dB-A)
X向加振 Y向加振 Z向加振 Target Frequence (Hz)
X向加振 Y向加振 Z向加振 Target Frequence (Hz)
前席中央音响感度-Roll Mt加振
后席中央音响感度-Roll Mt加振
音响感度 (dB-A)
音响感度 (dB-A)
X向加振 Y向加振 Z向加振 Target Frequence (Hz)
X向加振 Y向加振 Z向加振 Target Frequence (Hz)
车室内音响灵敏度分析
音响灵敏度结果评价
车身振动灵敏度分析
ISO 2631 和 ISO 2631-1标准中，列出了人体舒适程度对振动大小的主观统计数据，如下表所示：
振动加速度大小（m/s2) <0.315 0.315～0.63 0.5～1 0.8～1.6 1.25～2.5 >2
人体舒适程度感觉不到不舒服有一点不舒服比较不舒服不舒服非常不舒服极度不舒服

CAE简介

2CAE简介作为国内工业界推广应用CAE的基础，有必要简要介绍CAE的概念、应用、分析过程、作用及发展趋势。

一方面，对CAE有初步的又是较系统的认知，另一方面，在了解国际范围内CAE应用的历史和现状的基础上，CAE的各类用户可以对自身目前CAE的应用进行多视角的比较。

2.1 CAE的基本概念、特点及作用广泛地说，CAE可以包括工程和制造业信息化的所有方面，但是目前通常所说的CAE主要指用计算机及其相关的软件工具对工程、设备及产品进行功能、性能与安全可靠性进行分析计算、校核和量化评价；对其在给定工况下的工作状态进行模拟仿真和运行行为预测；发现设计缺陷，改进和优化设计方案，并证实未来工程、设备及产品的功能和性能的可用性和可靠性。

一般地，CAE在工程应用上的定义为：CAE是一种在二维或三维几何形体（CAD）的基础上，运用有限元（FE）、边界元（BE）、混合元（ME）、刚性元（RE）、有限差分和最优化等数值计算方法并结合计算机图形技术、建模技术、数据管理及处理技术的基于对象的设计与分析的综合技术和过程。

其核心技术为有限元与最优化技术。

CAE的特点是以工程和科学问题为背景，建立相应的计算模型并进行计算机仿真分析。

一方面，CAE技术的应用，使许多过去受方法和条件限制无法分析的很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题，通过计算机数值模拟可得到满意的解答；另一方面，CAE使大量繁杂的工程分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作，使工程分析更快、更准确, 在产品的设计、分析、新产品的开发以及对已有产品的故障分析等方面发挥了重要作用。

同时，CAE技术的迅速发展和应用又推动了许多相关的基础学科和应用科学的进步。

还应客观地说明，在产品开发中，由概念设计、初步设计、详细设计到试验，再修正设计，再试验，直到满足产品要求，试验一直是不可或缺的。

CAE仿真分析技术的引入也许永远不能彻底消除这一既费时又费料的环节，但是已经被成功应用，最大限度地减少或缩短了这一环节。

关于CAE仿真与NVH噪声测试分析系统的应用研究

关于CAE仿真与NVH噪声测试分析系统的应用研究作者：李可罗水富杨文广何高海来源：《时代汽车》2020年第16期摘要：本文针对新能源纯电动汽车的整车底盘噪声异响、振动等问题，通过案例重点讲述了CAE仿真系统与NVH噪声测试分析系统的应用、研究，两者是如何的有效应用解决了NVH问题，为纯电动汽车行业的整车NVH系统问题分析、解决方向提供参考思路。

关键词：CAE仿真 NVH噪声测试分析系统激励整车模态随着生活质量的提高，人们对汽车的噪声（noise）、振动（vibration）、声振粗糙度（Harsh-ness）（简称（NVH）有越来越高的要求[1-1]。

相对传统内燃汽车，新能源纯电动汽车因其搭载了动力电池作为驱动能源，其NVH问题产生的来源主要为驱动电机NVH、底盘NVH、车身NVH三大部分。

同时因动力电池、大功率器件主要分散布置在车身底板及后舱位置，由此形成了“多声源散布”[1-2]的特征，具有整车噪声水平较低、噪声源分布更加分散、容易引发新的异常噪声问题、高频噪声现象突出等问题[1-3]。

这些问题直接影响到乘员的舒适性主观感受[1-4];解决整车噪聲、振动问题，涉及的是NVH系统性的问题，例如有些车辆行驶时乘员感受车厢内地面噪声振动大，查源头在车桥主减，但这一个噪声振动问题可能涉及到三个部件，一个是车桥主桥本身匹配产生噪声，一个整车减振效果差，一个是驱动电机、车桥与车架形成共振激励放大导致，这是一个相互关联的系统问题，因此在研究纯电动汽车的NVH问题时，有时并不能直接照搬内燃机汽车的相关方法和理论。

下文就CAE仿真与NVH噪声测试分析系统如何结合，解决纯电动车后桥噪声、振动问题的进行阐述。

1 6.8米纯电动车辆噪声、振动问题6.8米纯电动车辆，动力总成采用永磁同步电机，极对数4对，槽数48个，驱动后桥速比5.29，空气弹簧悬挂，传动轴安装水平摆角为2°，垂直摆角为4°，车辆批量在47km/h～55km/h速度区间，存在批量后桥噪声大、振动的问题，极大影响整车乘坐的舒适性。

CAE技术在汽车设计中的应用

CAE技术在汽车设计中的应用摘要：随我国社会经济的不断发展，人们的生活水平也在逐步提高，尤其是针对汽车的舒适性以及安全性都提出了较高的要求。

现阶段，在汽车设计的过程中，最常用的就是CAE技术，特别是在汽车零部件以及整车的设计中，有着不可取代的作用。

通过采用CAE技术对产品的可靠性以及性能展开分析，进而找出产品设计中存在的问题并获得有效的解决，从而提高汽车设计的质量。

关键词：CAE技术；汽车设计；应用引言：当前，在汽车设计与研发的过程中CAE技术可谓是核心技术。

它在汽车设计与研发的过程中，其主要作用就是对汽车的可靠性与性能展开数据分析，进而找出汽车设计中可能存在的问题。

就此，针对CAE技术在汽车设计过程中的运用展开研究对汽车的设计与发展有着重要的意义。

1CAE技术在汽车设计中的重要性1.1降低研发成本因汽车本身具有一定的复杂性，在开展实际汽车设计的过程中，有关设计人员不但要对汽车的结构特点以及未来使用的环境等可能存在的问题进行思考，就此在整个汽车设计制造过程都会长时间地在方案设计、样车设计、样车制造以及问题改进等几个步骤中实行重复循环操作。

然而，在汽车设计中运用CAE技术后，样车制造与测试过程都能够通过该技术中的仿真技术进行，进而还可以在最大程度上缩减研发流程，降低研发的时间，最终达到节省研发成本的目的[1]。

1.2降低设计风险相较于传统汽车设计方案而言，CAE技术能够在开展测试之前事先对整个设计方案的结构合理性以及性能效果展开评估预测。

同时对设计中的一些不合理位置实行进一步地完善与优化，这样不但能够有效提高设计方案中的稳定性，同时还可以使得整车的可操作性获得有效地提高。

所以，CAE技术对当下的汽车研究具有重要作用。

2CAE在整车开发各阶段的任务2.1可行性研究和概念汽车产品开发的设计阶段，尤其是对于轿车产品的开发，只要不是超前的“概念车”，通常都会有一个“原型车”来作为基础车型。

而开发又不可能与“原型车”一致，很多参数很可能会被改变。

常用CAE分析简介

常用CAE分析简介1. 有限元分析（FEA）：有限元分析是一种将复杂结构分解为简单单元的方法，通过求解这些单元的力学行为，从而得到整个结构的力学性能。

有限元分析广泛应用于结构分析、热分析、流体分析等领域，可以帮助工程师评估设计的强度、刚度、稳定性等性能指标。

2. 计算流体动力学（CFD）：计算流体动力学是一种利用数值方法模拟流体流动问题的方法。

通过CFD分析，工程师可以了解流体在特定条件下的速度、压力、温度等参数，从而优化设计，提高设备的性能。

CFD分析广泛应用于航空航天、汽车、化工、建筑等领域。

3. 多体动力学（MBD）：多体动力学是一种模拟多个刚体之间相互作用的力学分析方法。

通过MBD分析，工程师可以研究机械系统的运动特性、动力学性能和振动特性，从而优化设计，提高设备的可靠性。

MBD分析广泛应用于汽车、、航天器等领域。

4. 优化设计：优化设计是一种在满足一定约束条件下，寻找最优设计方案的方法。

通过优化设计，工程师可以在保证产品质量的前提下，降低成本、提高性能。

优化设计方法包括线性规划、非线性规划、遗传算法等。

5. 可靠性分析：可靠性分析是一种评估产品在使用过程中发生故障的概率的方法。

通过可靠性分析，工程师可以了解产品的故障模式和故障原因，从而优化设计，提高产品的可靠性。

可靠性分析方法包括故障树分析、故障模式与影响分析等。

CAE分析在工程领域具有广泛的应用，可以帮助工程师在设计阶段发现潜在问题，优化设计，提高产品质量和降低成本。

随着计算机技术的不断发展，CAE分析将在未来发挥越来越重要的作用。

6. 热分析：热分析是一种评估产品在温度变化下的热传导、热对流和热辐射性能的方法。

通过热分析，工程师可以了解产品在不同温度条件下的热性能，从而优化设计，提高产品的热效率和热稳定性。

热分析广泛应用于电子设备、汽车、航空航天等领域。

7. 声学分析：声学分析是一种评估产品在声波作用下的声学性能的方法。

通过声学分析，工程师可以了解产品在不同频率下的声压级、声强级和声功率级等参数，从而优化设计，提高产品的声学性能。

CAE分析

汽车CAE工程分析汽车公司建立高性能的计算机辅助工程分析系统，其专业CAE队伍与产品开发同步地广泛开展CAE应用，在指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。

CAE应用于车身开发上成熟的方面主要有：刚度、强度、NVH分析、机构运动分析等；而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成型模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度有进一步提高，已投入实际使用，完全可以用于定性分析和改进设计；虚拟试车场整车分析正在着手研究，此外还有焊装模拟分析、喷涂模拟分析等。

汽车公司建立高性能的计算机辅助工程分析系统，其专业CAE队伍与产品开发同步地广泛开展CAE应用，在指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。

CAE应用于车身开发上成熟的方面主要有：刚度、强度（应用于整车、大小总成与零部件分析，以实现轻量化设计）、NVH分析（各种振动、噪声，包括摩擦噪声、风噪声等）、机构运动分析等；而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成型模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度有进一步提高，已投入实际使用，完全可以用于定性分析和改进设计，大大减少了这些费用高、周期长的试验次数；虚拟试车场整车分析正在着手研究，此外还有焊装模拟分析、喷涂模拟分析等。

一、刚度和强度分析有限元法在机械结构强度和刚度分析方面因具有较高的计算精度而到普遍采用，特别是在材料应力-应变的线性范围内更是如此。

另外，当考虑机械应力与热应力的偶合时，像ANSYS、NASTRAN等大型软件都提供了极为方便的分析手段。

（1）车架和车身的强度和刚度分析：车架和车身是汽车中结构和受力都较复杂的部件，对于全承载式的客车车身更是如此。

车架和车身有限元分析的目的在于提高其承载能力和抗变形能力、减轻其自身重量并节省材料。

另外，就整个汽车而言，当车架和车身重量减轻后，整车重量也随之降低，从而改善整车的动力性和经济性等性能。

（2）齿轮的弯曲应力和接触应力分析：齿轮是汽车发动机和传动系中普遍采用的传动零件。

基于CAE分析技术的油底壳低噪声设计

基于CAE分析技术的油底壳低噪声设计作者：吉林大学汽车学院方华来源：AI汽车制造业近年来，随着计算机技术的飞速发展，在汽车产品开发方面，CAE技术已经大量应用。

在零部件以及整车尚未制造出来时，使用CAE技术可以对它们的强度、可靠性以及各种特性进行计算分析，在计算机上进行“试验”。

有限元分析技术是CAE技术中的重要方法之一。

有限元法在力学领域中的应用已相当成熟，但由于声辐射问题需要对整个外部声场划分三维网格，使得单元数量和求解工作量巨大，甚至无法求解。

因此，有限元技术在声学领域里的应用仅限于内场分析和简单规则结构的外场分析。

而边界元法则利用边界积分方程，使问题的维数降低了一维，并且既能求解有界区域问题，也能求解无界区域问题。

这两种方法相辅相成，它们的组合有着广泛的应用。

油底壳辐射声场模型的建立根据油底壳的结构参数及材料参数，建立了如图1所示的有限元模型。

并进行了谐响应分析，得到了油底壳在螺栓加速度谱激励下的位移响应，作为辐射声场边界元分析的计算边界。

同时，建立了如图2所示的油底壳边界元的半消声室模型，图中的半球形网格为按照ISO3744-1994要求建立的域点网格，半径为1.45m。

图1 油底壳的有限元计算模型图2 油底壳的半消声室模型材料阻尼的变化对油底壳辐射噪声的影响输出声功率比较金属材料的阻尼值是很低的，钢、铁材料的损耗因子为1×10-4～6×10-4，而由两块钢板之间夹有非常薄的黏弹性高分子材料构成的复合阻尼金属板材的损耗因子一般在0.3以上。

因此，在η=5×-4～0.5之间选取了η为0.0005（原型），0.05、0.1、0.2和0.5分别进行谐响应分析和辐射声功率计算，结果及分析见图3～6。

图3 输出声功率频谱曲线图图4 声辐射效率频谱曲线图5 输入和输出声功率级随损耗因子的变化曲线图6 声辐射效率随损耗因子的变化曲线输出功率以复数形式存在，其实部以辐射声能的形式向外传播，称有功声功率，而虚部则只在原地作声能振荡，不向外传递功率，称无功功率。

CAE分析解决后桥系统模态耦合共振问题

10.16638/ki.1671-7988.2019.08.019CAE分析解决后桥系统模态耦合共振问题朱晓杰1，任良顺2（1.耐世特汽车系统（苏州）有限公司，江苏苏州215026；2.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州545007）摘要：随着国内车市发展，新生代家用车顾客对车的要求越来越高。

相对前驱车型，后驱车传动链长、传动结构复杂，传动系零部件容易受扭矩波动激励产生共振，并传递给车体，引起车体零部件加振，导致车内噪声显著增加。

为解决后桥共振引起的传动系统轰鸣问题，文章建立了后桥总成约束模态CAE分析模型，在车型设计前期计算出后桥总成约束模态及振型，匹配模态使后桥总成零部件约束模态避开传动系能量大的激励频率，显著降低车辆振动、提升整车内噪声学环境品质。

关键词：CAE；后桥；约束模态；模态匹配中图分类号：U463.5 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2019)08-61-03Avoid Modal Coupling Resonance by CAE Analysing Rear Axle Constrained ModalZhu Xiaojie1, Ren Liangshun2( 1.Nexteer Automotive(Suzhou) Co., Ltd, Jiangsu Suzhou 215026;2.SAIC GM Wuling Automobile Co., Ltd., Guangxi Liuzhou 545007 )Abstract: As the development of Chinese automotive market, customer need become stricter to new generation of auto. For rear wheel drive car, drivetrain is longer than front wheel drive car, so there is more chance to excite the drivetrain vibration. And the vibration of drivetrain easily transfers to body, making the car interior noise unacceptable. To solve the drivetrain booming problem caused by rear axle exciting, the CAE analysis model of rear axle is built to calculate the constraint mode, including the mode frequency and the mode shape. The mode frequency of rear axle should be different with drivetrain resonant frequency to reduce the vibration and improve vehicle sound quality.Keywords: CAE; rear axle; constrained modal; modal couplingCLC NO.: U463.5 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2019)08-61-031 前言汽车NVH性能越来越受客户重视，汽车开发过程中噪声与振动控制尤为重要。

整车NVH性能开发中的CAE技术综述

整车NVH性能开发中的CAE技术综述一、本文概述随着汽车工业的飞速发展，消费者对汽车品质的要求日益提高，整车的NVH（Noise, Vibration, and Harshness，即噪声、振动与声振粗糙度）性能已成为评价汽车品质的重要指标。

为了满足市场的需求和提升产品竞争力，整车NVH性能开发显得尤为关键。

在这个过程中，计算机辅助工程（CAE）技术以其高效、精准的特点，成为了NVH性能开发中不可或缺的工具。

本文旨在对整车NVH性能开发中的CAE技术进行全面综述。

我们将对NVH性能的重要性和影响因素进行简要介绍，以便更好地理解CAE技术在NVH性能开发中的应用背景。

接着，我们将重点分析CAE 技术在整车NVH性能开发中的应用现状，包括其在噪声控制、振动分析和声振粗糙度优化等方面的具体应用。

我们还将探讨CAE技术在NVH性能开发中的优势和局限性，以及未来可能的发展方向。

通过本文的综述，我们期望能够为从事整车NVH性能开发的工程师和研究人员提供有益的参考和启示，推动CAE技术在整车NVH性能开发中的进一步应用和发展。

二、NVH性能开发概述NVH（Noise, Vibration, and Harshness）性能是评价汽车乘坐舒适性的重要指标，涵盖了车内噪音、振动以及冲击等感觉。

随着消费者对汽车舒适性要求的日益提高，NVH性能的开发和优化在整车开发中占据了越来越重要的地位。

NVH性能开发不仅涉及到车辆设计、制造、试验等多个环节，还涵盖了声学、振动理论、材料科学等多个学科领域。

在整车NVH性能开发中，CAE（Computer-Aided Engineering）技术以其高效、精确的特点，成为了不可或缺的工具。

CAE技术可以对车辆的NVH性能进行仿真分析和预测，帮助工程师在车辆设计阶段就发现并解决潜在的NVH问题，避免了后期物理样车试验的繁琐和高昂成本。

同时，CAE技术还可以对不同的设计方案进行快速比较和优化，提高了整车的NVH性能开发效率。

26-某发动机振动噪声CAE分析_江淮汽车范习民等

某发动机振动噪声CAE分析范习民李龙超王军（江淮汽车技术中心，安徽合肥 230601）摘要：本文主要使用A VL EXCITE、Patran&Nastran以及LMS.Virtual Lab软件对某款自主开发的发动机进行了整机振动噪声分析，预测发动机主要结构噪声辐射部件，并通过声源定位测试实验进行对比试验，为整机NVH性能CAE优化进行初步研究。

关键词：振动噪声；声源定位测试；NVH主要软件：A VL EXCITE；LMS.Virtual Lab1. 前言随着人们环境意识的不断提高，车辆噪声问题已越来越引起社会的重视，相关环保法规日益严格，顾客对整车舒适性的要求也日益提升[1]，而发动机作为整车的主要噪声源，在其正向开发过程中进行整机振动噪声性能分析预测，确定优化目标，对改善发动机的NVH性能，有着积极的意义。

2. 整机振动分析整机振动分析主要包括以下几个步骤：（1）创建整机有限元网格模型——发动机部件包括：包括：缸体、缸盖、缸盖护罩、进气歧管、排气歧管、油底壳、气缸室盖板、轴瓦和轴承盖，以及部分支架等，其它未划分网格但质量较大部件在模型中创建质量点，添加质量和转动惯量；总模型网格控制在20万左右；保证主轴承壁和副主承壁对称线两侧的节点对称；气缸体和缸盖接触面上的水孔和缸孔的节点必须对应；轴瓦要用两层六面体单元；在施加载荷点、质量点，以及输出振动结果的位置创建RBE2独立点，与周边相关网格节点创建RBE2。

图1 整机有限元网格模型图（2）模态分析——验证网格模型：模态分析结果与实验结果相验证，调整网格模型。

（3）模态缩减——在主轴承壁的左右止推轴承各定义四个节点，保留轴向自由度；径向轴承保留水平和垂直自由度；在缸套TS和ATS两侧各保留9个活塞敲击点,保留水平方向自由度；在气缸中心的一个圆上作4点完全对称的燃气力施加点，保留垂向自由度；在气门弹簧落座圈每个阀孔各做一个RBE2，保留垂向自由度，作为气门弹簧座力施加点；在轴承中心点设置RBE2，保留横向和垂向，作为凸轮轴承力施加点；将所有保留节点顺序编号，编制分析控制程序，提交Nastran分析，得到质量、刚度和阻尼矩阵。

振动噪声试验解决方案

振动噪声试验解决方案1. 引言振动噪声是许多工业环境中常见的问题。

它可以导致机械设备的故障、失效以及工作环境的不适。

为了解决这个问题，进行振动噪声试验是必要的。

本文将介绍一种振动噪声试验解决方案，旨在帮助解决振动噪声问题，提高设备的可靠性和工作环境的舒适性。

2. 振动噪声试验概述振动噪声试验是通过测量和分析设备在正常运行时产生的振动和噪声来评估设备的性能。

通过振动和噪声信号的采集和分析，可以识别设备的问题和潜在的故障，进而采取相应的措施进行修复和优化。

振动噪声试验通常包括以下步骤：1.准备工作：确定试验对象、选择适当的传感器和测量仪器，并进行相关的校准工作。

2.数据采集：使用传感器将设备产生的振动和噪声信号转换为电信号，然后采集这些信号。

采集的数据应具有足够高的采样率和准确度。

3.数据处理：对采集到的数据进行处理和分析，包括频谱分析、时域分析、幅度分析等。

这些分析可以提供设备振动和噪声的频率、幅度、相位等信息。

4.问题识别：根据数据处理的结果，识别设备可能存在的问题和故障，并进行分类和定位。

5.解决方案提出：基于问题识别的结果，提出相应的解决方案和改进措施，以减少振动和噪声，并提高设备的可靠性和工作环境的舒适性。

6.验证和改进：实施解决方案后，对设备进行再次振动噪声试验，验证解决方案的有效性，并根据试验结果进行改进。

3. 振动噪声试验解决方案具体步骤3.1 准备工作在进行振动噪声试验之前，需要进行一些准备工作。

包括：•确定试验对象：选择需要进行振动噪声试验的设备或部件，并确定试验的目的和要求。

•选择传感器和测量仪器：根据试验对象的特性和试验要求，选择适当的振动、噪声传感器和测量仪器。

确保这些设备具有足够的采样率和准确度。

•校准传感器和测量仪器：对传感器和测量仪器进行校准，以保证测量结果的准确性和可靠性。

•确定试验环境：选择适当的试验环境，满足试验的要求，如噪声限制、温度控制等。

3.2 数据采集在数据采集阶段，需要按照事先确定的方法和参数，采集振动和噪声信号。

CAE仿真软件介绍及应用领域对比分析

航空航天、汽车、船舶、工程设备、重型机械设备
MSC
Flight Loads
飞行载荷及动力仿真系统。由MSC Patran全面支持的前后处理功能；单一模型适用于所有的亚音速，超音速、稳定及非稳态气弹分析；模型的可视化和全面检查；全集成的内嵌式亚音速/超音速气动计算求解器可精确计算复杂几何体上的压力分布；正对称，反对称，非对称机动；提供与用户自编的飞行控制软件的通用接口；生成刚体及六自由度的气动弹性力和力矩；在所限定的条件下计算分布的气弹载荷和位移以及自由飞行状态和伺机精确机动；支持多种重量条件和多种气动边界条件；支持设计优化
核电工业、航空航天、汽车、造船、铁道、石油化工、能源、电子元件、机械制造、材料工程、土木建筑、医疗器材、冶金工艺、家用电器
MSC Patran
有限元分析前后处理。MSC Patran其友好的用户界面条例清晰，符合CAE操作流程，最多不超过三级的菜单按“事件”激发，使用户可随意接通任何分析任务。对大模型的操作响应及快，包括网格剖分、图形优化、数据库优化、内存管理及屏幕刷新等，都能快速给出操作结果，大大加快了分析速度。其几何模型直接访问技术为所有的CAD软件系统间的几何模型沟通及各类分析模型无缝连接提供了完美的集成环境。MSC Patran允许用户直接在几何模型上设定载荷、边界条件、材料和单元特征，并将这些信息自动地转换成相关的有限元信息，以最大限度地减少设计过程的时间消耗。
航空航天、汽车、造船、铁路、国防、核工业
MSC
ADAMS
多体动力学及虚拟样机分析软件。软件界面友好，操作简单，易学易用；三维实体碰撞和冲击分析功能；独特的摩擦、间隙分析功能；大型、超大型工程问题的求解能力；极好的解算稳定性，是唯一支持并行计算的机械系统动力学分析软件；是唯一支持系统参数化试验研究，优化分析的机械系统动力学分析软件；独特的振动分析功能，能分析机构任意运动状态的下系统振动性能；提供多学科软件接口

振动噪声CAE分析训练教程

，进行如下
(4) 在 analysis 面板中，选取 load types 子面板，点击 constraint 选取 DAREA，通过 DAREA 为静态或动态载荷定义一个比例因子。
(5) 点击进入如下面板，并进行相应设置。点击 create 创建动载荷。
(6) 将 derea 设置为当前工作组，在相应位置施加某方向的单位载荷, 下图为施加 z 方向载荷。点击 create 进行创建。
（3）在 analysis 面板中选择 control card，并选择 PARAM 子面板。选择如下图的选项并进行相应的参数设置，如下图：
PARAM.INREL=-2 表示不需要 SUPORTi 输入时进行惯性释放分析
PARAM.K6ROT=100 表示加上一个刚度比例因子 PARAM.POST=-1 为后处理函数选择数据的输出格式 PARAM.WTMASS=1 质量矩阵的倍数 4) 保存文件 5) 提交 MSC.Nastran 进行求解 6) 在 Altair.Hyperview 软件中观看模态分析结果，某车门模态结果如下所示。
③点击 create 。创建的焊点如下图所示：
（2）创建刚性单元 ①在 1D 面板中选择 rbe2，rbe2 面板如下图所示：
②选择要连接的两点，创建后的 rbe2 如下图所示：
（3）创建胶单元 ①进入 connectors 模块
②选择 area 面板，并选择 area 子面板，设置如下图： ③点击 create 。创建的胶单元如下图所示：
(3) 汽车动力响应研究。汽车动力响应研究是研究汽车 NVH 系统在外载荷激励下的响应。在 CAE 领域，利用系统的力学模型和测量得到的外载荷，可预测计算汽车振动或噪声响应。
(4) 汽车 NVH 评价标准研究。由于汽车 NVH 的最终受体是人，所以必须对汽车 NVH 的评价标准进行研究。主观评价与客观评价间的关系一直是一个难题。需要进行大量的试验分析和理论研究。

CAE仿真技术在大型装备制造行业的应用

CAE仿真技术在大型装备制造行业的应用CAE技术得到国内外各大科研院所和公司的广泛应用，在提高产品质量和建立产品开发能力方面，提供极大帮助。

CAE技术可以为大型装备的设计与制造提供涉及流场、结构、热、冲击碰撞、爆炸等各种分析仿真功能，改善了产品质量、加快研发历程，并可以取得良好的经济效益。

CAE技术对重大装备的设计及制造的作用是明显的。

其作用包括：•提高设计速度，减少设计成本；•增加产品和工程的可靠性；•在产品的设计阶段发现潜在的质量问题；•经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料的消耗或成本；•经过分析计算，能够精确的预测出产品的性能，并优化重大装备的操作性能，降低操作能耗；•缩短产品投向市场的时间；•模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验时间和经费；•进行机械事故分析，查找事故原因。

•在精确的分析结果下制造出高质量的产品因此，在国内外的大型装备设计与制造中，CAE已经作为产品设计与制造流程中不可逾越的一种强制性的工艺规范加以实施，在生产实践作为必备工具普遍应用。

主要应用在如下几个方面：1、大型装备的刚度、强度分析刚度和强度分析作为装备设计和制造的基础，需要经常计算分析，包括各种零部件的刚度、强度分析，以及装备整体的刚度强度分析。

而随着大型装备的复杂性的提高，以及工作环境的多变，大量的计算不得不借助于CAE技术来辅助。

以ANSYS Mechanical为平台，分析各种大型装备总体结构及其零部件在自身重力载荷、恒定工作载荷等的(共同)作用下的变形特点和变形值、应力分布等，在此基础上进行改进，从而避免某些局部由于过大的应力集中而损坏。

某机床体的变形分析机床系统应力结果2、大型装备的结构抗震与振动性能分析大型装备在工作过程中通常会承受各种各样的动力载荷，比如，挖掘机挖掘过程中的瞬态冲击、工程机械在复杂施工条件下的运行等。

同时，大型装备由于体积和质量都较大，往往都是直接固定在地面上。

在装备运行的过程中，如果设计不好。

振动噪声CAE分析训练教程

，进行如下
(4) 在 analysis 面板中，选取 load types 子面板，点击 constraint 选取 DAREA，通过 DAREA 为静态或动态载荷定义一个比例因子。
(5) 点击进入如下面板，并进行相应设置。点击 create 创建动载荷。
(6) 将 derea 设置为当前工作组，在相应位置施加某方向的单位载荷, 下图为施加 z 方向载荷。点击 create 进行创建。
1 CAE 模型的建立
CAE 网格划分是将 CAD 数模转化为 CAE 网格模型，CAE 网格模型是进行模态分析、振动响应和噪声等分析的基础，CAE 网格模型的质量对 CAE 计算结果有直接影响。 1）网格划分
在导入 CAD 模型进行有限元分析（FEA）时，要考虑有限元分析对几何模型的要求与 CAD
3 传递函数分析
传递函数可分为振动传递函数和噪声传递函数，传递函数是指在结构某点施加单位力在某点产生的振动或噪声，它是结构的固有特性，是评价结构振动或声学特性的重要指标。传递函数能够在结构设计阶段通过对结构的分析准确预估，从而尽早发现和修正潜在的设计问题，也可为结构振动或噪声预估和控制提供依据。 3.1 振动传递函数分析
（1）选择 collectors 工具条按钮进行模态计算。
，参数设置如下。EIGRL 表示用兰索士(La，V1 表示模态分析初始频率，V2 表示
模态分析截止频率，ND 表示求解模态的总阶数，参数设置如下：
2) 定义工况（1）在 analysis 面板中选择 subcase，进入如下面板并进行相应设置。METHOD 对应模
振动传递函数又称为振动灵敏度，是指在结构某点施加单位力产生的结构某点振动，它是结构的固有特性，是评价结构动态特性的重要指标。振动灵敏度能够在结构设计阶段通过对结构的振动分析准确预测，从而尽早发现和修正潜在的设计问题，也可为结构振动预估和控制提供依据。在已有 CAE 网格模型的基础上，振动传递函数参数设置在 Altair.Hypermesh 8.0 中的具体步骤如下： 1) 创建相关卡片

振动噪声CAE分析训练教程

不同。因此，导入 CAD 模型后，在进行网格划分之前需先进行必要的几何清理工作。通过消除错位和小孔，压缩相邻曲面之间的边界，改正模型在导入时出现的错误，消除不必要的细节等，产生一个简化的模型，以便于网格划分和分析。
对于一些厚度较小的薄板零件，选用壳单元来进行有限元分析比较合适。即零件的厚度用数值表示，而不用几何表示，对零件的中面进行网格单元划分。抽取中面可以在三维建模软件中进行 (如 UG)，也可以在 Altair.Hypermesh 8.0 中进行。但一般采用在三维建模软件中抽取中面的方法。
(3) 汽车动力响应研究。汽车动力响应研究是研究汽车 NVH 系统在外载荷激励下的响应。在 CAE 领域，利用系统的力学模型和测量得到的外载荷，可预测计算汽车振动或噪声响应。
(4) 汽车 NVH 评价标准研究。由于汽车 NVH 的最终受体是人，所以必须对汽车 NVH 的评价标准进行研究。主观评价与客观评价间的关系一直是一个难题。需要进行大量的试验分析和理论研究。
态求解方法的 ID 。
（2）点击
进入如下面板，输出位移响应结果。
（3）点击 return 返回完成设置 3) 控制卡片设置
（1）在 analysis 面板中选择 control card，并选择 sol 子面板。进入如下面板，在下选择 normal modes，如下图：
analysis
（2）在 analysis 面板中选择 control card，并选择 time 子面板。进入如下面板并进行相应设置，如下图：
车身主要由钣金件组成，一般采用四节点和三节点的壳单元，由于三节点壳单元为常应变单元，大量使用会导致模型过硬，影响精度，所以应尽量避免使用。网格划分采用软件为 Altair.Hypermesh 8.0，具体步骤如下：

CAE技术及其在汽车行业中的应用(最新整理)

CAE技术及其在汽车行业中的应用宋新旺(金陵科技学院机电工程学院，江苏南京211169)摘要：汽车CAE技术对降低产品开发成本、缩短产品研发周期具有重要的意义，改变了汽车研发的传统模式，国外汽车CAE技术的应用已经十分成熟，几乎渗透到了汽车开发的各个环节。

随着国内汽车自主研发能了的快速发展，汽车CAE技术作为整车开发中的核心技术之一，已经引起了主机厂足够的重视，掌握和利用好汽车CAE技术是缩短和赶超国外先进水平的关键。

关键词：CAE技术应用领域汽车行业是一个告诉发展的行业，其竞争也日趋激烈，新产品推出的速度也越来越快，这也对CAE应用提出了越来越多的要求。

CAE技术为汽车行业的高速发展提供了有力的技术保障，为企业带来了巨大的经济效益。

一、CAE技术简介1、CAE技术及CAE软件计算机辅助设计、计算机辅助制造技术已经在一些大中型企业里得到应用，并取得比较好的成绩。

计算机辅助制造技术包括：1、CAD——计算机辅助没计2、CAM——计算机辅助制造3、CAE——计算机工程分析。

以上三种计算机辅助制造技术并不完全是独立的制造辅助技术，他们通过各种软件进行交叉分析，力图实现设计与分析的一体化，以简化设计过程，从而提升产品的品质，改善产品的性能。

例如，CAD软件重在制作二维和三维的图形，以表现事物的主要特征。

对于物体的内部特征，CAD软件往往用剖视图对模型进行剖视。

但是这种表示方法并不能直观的体现复杂机构的内部构成，不利于机械的设计与进一步的改进。

这时就要建立物体的三维模型，对物体图形直接进行CAE分析。

此时，CAD/CAE技术就很好的解决了工程设计与计算相脱节的问题，对实现并进行工程设计提供了技术基础。

在互相结合交叉发展的同时，CAD,CAM,CAE又分别在自己的领域进行突破性的发展。

在这三者之中，C A E软件的主要功能是借助计算机，实现在产品生产以前对设计方案进行精确试验、分析和论证——即利用CAE技术进行真实模拟。

结构振动噪声CAE分析方案及应用

泵CFD分析
泵振动分析
声场分布
项目示例：管道振动与辐射噪声分析
• ACTRAN软件与CFD软件联合仿真，计算因管道内部气流流动引起的振动以及辐射噪声。
– 预测不同流速、管道形状对振动、辐射噪声的影响； – 获得管道振动响应分布，优化卡箍部位。
管道内部压力分布
管壁振动响应
管道外部声场
项目示例：结构与冲击、跌落分析
核燃料容器设计
静强度仿真疲劳分析模态热力学仿真
冲击载荷
结构的冲击强度关键部件的性能
跌落仿真
关键部件的性能跌落过程的展现导致失效的真实原因
项目示例：设备级动力学特性分析
建立有限元模型
确定结构在无阻尼、自由振动条件下的固有频率和固有振型
模态分析
获取不同加速度下的
应力与形变结果
蒸发器上腔室模型
行
波
旁
管
支
混
管
响
共
腔
振
模
腔
型
亥
姆
主
霍
管
兹
道
共
弯
振
管
腔
主蒸汽管线声脉动压力传播计算方案研究
序号 E1 E2_1 E2_2
E3
E4
模型描述主管道弯管
主管道+支管
多个阀门声源耦合作用
几何
弯管角度90° 弯管曲率半径2896mm 支管内径25mm,支管高度100mm 支管内径25mm,支管高度500mm
– 系统所：一回路、二回路管路系统的脉动压力传播分析
• 问题三：脉动压力对设备的影响
– 堆芯所：核燃料棒流致振动分析 – 设备所：蒸汽发生器、堆内构件脉动压力影响分析

CAE-声振耦合解决方案

声振耦合技术解决方案
技术主题
▪ ANSYS声-结构耦合 ▪ ANSYS声学模型 ▪ ANSYS声学流体单元 ▪ ANSYS声学超弹材料 ▪ ANSYS声学粘弹材料 ▪ ANSYS结构接触技术 ▪ ANSYS结构动力学 ▪ ANSYS/LS-DYNA声学 ▪ 声学应用举例
声车
布
强度
厢内
分噪
发振动动机噪汽声缸
➢ 基于统计的模型，需要的实验数据很少 ➢ 应变可达300%
▪ Ogden模型
➢ 基于主延伸率算法，更精确，但计算相对费时 ➢ 应变可达700%
Solid185+Neo-Hookean
根据应变大小和材料数据选择适当的超弹模型
声学超弹材料
HYPER5x单元超弹性模型
▪ 包括 HYPER56, 58, 74 和 158 ▪ 仅用于模拟几乎不可压缩 Mooney-Rivlin 材料
▪ Neo-Hookean模型
➢ 一个简单的超弹模型 ➢ 单轴拉伸应变可达30~40% ➢ 剪切应变可达80~90%
▪ Mooney-Rivlin模型
➢ 两项形式拉伸应变可达90~100%； ➢ 更多项形式可以捕捉工程应力-应变曲线的拐点 ➢ 5~9项形式应变可达100~200%
▪ Arruda-Boyce模型——8链模型
➢ 瞬态振动
辐射、衰减等参数
➢ 谐振动
➢ 结构动态变形应力等
➢ 随机振动
声波从空气传入水中
主动声纳探测
声波在管内震荡
主动声纳探测
ANSYS声学模型
模型类型
▪ 2D平面模型： Fluid29/Fluid129 ▪ 2D轴对称模型： Fid30/Fluid130
Source receiver distance(mm) Zhou Jihong's experiment outer raius=15cm