长安大学汽车结构有限元分析
有限元法与试验法相结合进行客车车架结构分析
第20卷第6期2004年12月机械设计与研究Machine Design and Research Vol.20No.6Dec.,2004收稿日期:2004-06-21文章编号:100622343(2004)062065202有限元法与试验法相结合进行客车车架结构分析梁新华, 朱 平, 林忠钦, 何 俊, 张 彦(上海交通大学 机械与动力工程学院,上海 200030,E 2mail :lxh @ ) 摘 要:对一大客车车架有限元计算方法进行了讨论,并辅以模态试验和强度刚度试验来校验有限元计算结果。
详细论述了有限元建模技术和两种危险工况下加载等方面的关键技术,对此类客车车架的静态和动态分析有一定借鉴作用。
关键词:客车车架;有限元法;试验法中图分类号:TH123 文献标识码:A 众所周知,利用有限元法进行结构分析可以减少成本、缩短工作周期。
而且只要保证模型的准确性,就能得到精确的计算结果。
因而,在大客车的设计、制造和改进过程中引入有限元法是必要而有意义的。
目前,有限元方法在汽车设计方面的应用已非常广泛,利用有限元技术对汽车车身利车架进行强度刚度分析的文献也很多,但如何能够真实地反映实车的力学性能,如何能更准确地描述实际受力情况,还需要更进一步的研究。
本文对一旅游客车的车架进行有限元仿真分析,并利用模态实验对有限元模型进行校正,分析时主要对单轮悬空和制动两种危险工况进行强度和刚度核核。
1 模态分析 本文分析的车架属于三段式结构,整个车架由前、后车架和行李箱车架组成。
由于中间行李架结构是由标准的矩形钢管和槽钢组成,所以本文对行李架采用了梁单元,对受力较大、结构较复杂的前后车架采用了壳单元建模,这样建模的优点在于计算结果在能反映重点部分实际工况下的变形、应力分布情况的同时,减少建模的工作量,节省计算时间,降低了计算成本。
车架主要采用材料的特性参数如表1所示。
表1 材料参数名称弹性模量(N/mm 2)泊松比密度(kg/mm 3)强度极限(N/mm 2)屈服强度(N/mm 2)09SiV 2.1×1050.37.85×10-6550330A32.1×1050.37.85×10-6380230 建正准确的有限元模型是确保计算结果正确的关键,由于实际情况的复杂性,使得有限元模型必须作很多简化,这些简化会使计算产生误差,如何校正模型以及检验模型的准确性,就必须借助于实验。
第三讲 有限元分析过程及例题讲解
→
Q2
Ke 23
→
K25
注意要用累加运算！
K25
=
K25
+
Ke 23
累加前总刚要清零！
长安大学汽车学院车辆工程系 王童
⎡ K11 K12
⎢ ⎢
K21
K22
⎢ K31 K32
⎢ ⎢
K41
K42
⎢ ⎢ ⎢
K51 K61
K52 K62
⎢ ⎢ ⎣
K71 K81
K72 K82
Tel：17792594186
K13 K14 K15 K16 K17 K18 ⎤
Ve
Ve
Ve
令： {Pbe}= ∫∫∫ [N ]T {Fb}⋅ dV 称单元等效体力载荷向量 Ve
{ } { } 单元体力虚功可以表示为： Wbe = Qe T Pbe
2）表面力虚功
W
e s
=
∫∫
{u}T {Fs }⋅ dA
=
∫∫
{Q e }T
[N ]T {Fs }⋅ dA
=
{Q e }T
∫∫
[N
]T {Fs }⋅ dA
y
Q6
③
Q5
3
4
Q7
①
Q2
②
④
Q4
1
Q1
2
Q3
x
长安大学汽车学院车辆工程系 王童 Tel：17792594186 Email：wangtong@
以单元①为例
①
Qe 2
Qe 1
Qe 4
Qe 3
⎧Q1e → Q1
局部自由度与整体自由 度的对应关系为
⎪⎪⎪⎨QQ32ee
→ →
汽车结构的有限元计算模型
（7）制定载荷工况：确认每种工况旳载荷类型、大 小、施加位置和施加方式。
汽车构造件计算模型旳分类及选用
汽车是由成百上千个部件构成，这些构造件和机械产 品旳构造件一样，其形状各式各样，相应旳计算模型 自然也有不同。按照汽车构造及汽车构造和行为特征 能够归纳为下列几种计算模型：
（1）平面构造模型：全部由 平面单元构成旳计算模型， 自然这是将汽车某些部件简 化旳成果。如变速器中旳齿 轮，其一种轮齿旳应力分析 可简化为平面问题处理；发 动机旳连杆，其构造构造模 型形状基本上对称于中间摆 动平面，也可当成平面问题 来研究。
（1）充分占有图纸：充分占有分析对象旳图纸，了 解多种载荷工况及材料数据等有关资料，明确分析任 务及目旳。
（2）明确分析类型：是静态还是动态，是线性还是 非线性，是否进行优化、疲劳、参数化分析，是否与 热、流体等之间进行耦合计算等。
（3）采用合理单位：准备好分析原始数据、模型几 何尺寸、材料属性参数等旳单位。注意使用国际单位 制单位。
伴随上机实践旳进行，运算复杂 性这一矛盾已迎刃而解。但是…
我们还是不禁要问：FEM真旳那 么有用吗？它是屠龙妙术，还是 一种实用技术？它在汽车工程中 真有那么广泛旳应用吗？
第一节 概述
本节教学内容
FEM在当代汽车开发中旳应用
汽车构造分析措施简述 FEM应用实例
FEM建模和使用软件进 行构造分析旳三点注意
位移云图
空气弹簧有限元分析模型
双有扭限杆应元弹力分簧云析悬图架
➢多种零部件旳有限元分析
又如，发动机机体、驱动桥壳、曲轴、差速器 及变速器齿轮等多种零部件旳构造分析。
发动机机体实物与有限元模型 柴油机机体有限元分析位移云图
➢多种零部件旳有限元分析
《车辆有限元》课件
02
车辆结构有限元分析
车辆结构有限元模型的建立
模型简化
01
在建立有限元模型时，需要对车辆结构进行适当的简化，忽略
对整体分析影响较小的细节。
网格划分
02
根据车辆结构的几何形状和受力特性，选择合适的网格类型和
大小进行划分。
边界条件和载荷施加
03
根据实际情况，对模型施加约束条件和外部载荷，以模拟车辆
的实际工作状态。
多物理场耦合
将车辆有限元与其他物理场（如 流体、电磁等）进行耦合，实现 更精确的多物理场分析。车辆有限元的未来趋势来自01跨学科应用
将车辆有限元与其他工程学科（ 如生物医学、航空航天等）进行 交叉融合，拓展应用领域。
云端计算
02
03
定制化设计
利用云计算技术，实现大规模有 限元计算的分布式处理和资源共 享，提高计算效率。
05
车辆有限元的未来发展
车辆有限元的最新技术
高效求解算法
随着计算能力的提升，更高效的 求解算法不断涌现，如多重网格 法、区域分解法等，能够更快速 地解决大规模有限元问题。
智能化分析工具
利用人工智能和机器学习技术， 开发出能够自动识别和分析有限 元模型中的关键参数和特征的智 能化工具，提高分析效率。
04
车辆性能有限元分析
车辆动力学性能有限元分析
总结词
通过建立车辆动力学模型，利用有限元方法对车辆在不同工况下的动态响应进行分析， 评估车辆的操控稳定性、行驶平顺性和安全性。
详细描述
车辆动力学性能有限元分析主要研究车辆在不同行驶条件下的动态响应，包括对操控稳 定性、行驶平顺性和安全性的评估。通过建立详细的有限元模型，可以模拟和分析车辆 在不同路面、不同行驶速度和不同载荷下的动态行为，为车辆设计和性能优化提供依据
发动机曲轴有限元模态分析方法研究
发动机曲轴有限元模态分析方法研究高波;彭永旗【摘要】为了研究有限元模态分析法及分析曲轴的振动特性对发动机产生的不良影响,利用CATIA建立曲轴的实体模型,并用Hypermesh建立曲轴的有限元模型,并基于有限元理论,对曲轴进行自由模态分析,获得曲轴的前10阶固有频率和振型,通过分析,为曲轴的动态特性研究、优化设计及振动控制提供参考依据.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】3页(P3-4,14)【关键词】曲轴;有限元;模态分析【作者】高波;彭永旗【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U464CLC NO.:U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-03-03曲轴是汽车发动机中最重要的也是最易损坏的部件之一。
曲轴在工作中承受着气缸内周期性载荷的作用，并对外输出扭矩，因此承受交变的拉伸，压缩，弯曲和扭转的复合应力，同时还有振动，由于曲轴自身具有一定的固有振动频率，曲轴在这些力的作用下工作，当激振频率与其自身的固有振动频率相同时，就有可能在发动机的工作范围内产生强烈的共振现象，从而导致曲轴过早地出现扭转疲劳破坏和弯曲疲劳破坏，甚至可能造成曲轴断裂[1]。
所以，有必要对曲轴进行动态特性及响应分析的研究[2]。
常用的方法是通过理论求解曲轴的各阶模态参数的有限元分析法。
本文以四缸发动机曲轴为例，利用CATIA软件及Hypermesh软件相结合，采用有限元分析法进行曲轴的自由模态分析。
对曲轴进行自由模态分析可以确定曲轴的固有频率和振型。
曲轴的固有频率和振型是曲轴结构设计中的重要参数[3]。
根据振动理论和有限元理论，对于多自由度系统，将所有自由度对应的位移用向量表示，则其振动微分方程为：式中：[M]为系统质量矩阵；[c]为阻尼矩阵；[k]为刚度矩阵；{F(t)}为输入力向量；分别为系统节点位移向量、速度向量和加速度向量。
基于有限元分析的新能源汽车侧面柱碰结构优化研究
基于有限元分析的新能源汽车侧面柱碰结构优化研究作者：吴磊庞毅潘俊潮来源：《西部交通科技》2022年第01期作者简介：吴磊（1988—），硕士，工程师，研究方向：汽车碰撞安全仿真设计。
摘要：文章针对侧面柱碰工况特点对汽车车身结构的传力路径进行了分析，并以某款新能源汽车为分析对象，采用HyperWorks软件搭建有限元仿真计算模型，对侧面柱碰工况车身的主要传力路径上的座椅横梁和中通道进行结构优化，使其车身侵入量和电池包的安全性能均得到明显改善。
关键词：侧面柱碰;传力路径;新能源汽车;结构优化中国分类号：U469.7A5118740 引言新能源汽车相对于传统燃油车在动力、节能、环保、驾乘体验、后期保养等方面具有明显优势，其生产工艺和效率也大大高于传统燃油车，是汽车产业未来发展的必然趋势，对汽车产业的整体可持续发展发挥着重要作用[1]。
但是新能源汽车电池包安全性问题给新能源汽车的发展带来了不小的困扰，特别是在发生交通事故的情况下，如何有效地保护电池包，避免出现热失控、电路短路、电解液泄漏甚至起火爆炸等加剧事故危害程度的情况出现成为新能源汽车设计的主要关注点之一。
鉴于此，国内外的汽车评价机构也针对新能源汽车出台了专门的评价方法，以中国新车评价规程（C-NCAP）为例，对于新能源汽车有专门的用电安全评价，如果用电安全达不到要求则不予进行星级评价。
此外，在试验工况上相对传统燃油车也会有一些变化，最明显的变化是在2021版C-NCAP中采用侧面柱碰工况来代替传统燃油车的可变形移动壁障侧面碰撞工况，该工况对新能源汽车电池包的防护性提出了更高的要求。
1 工况介绍1.1 法规解读2021版C-NCAP的侧面柱碰工况参考了2015版Euro NCAP侧柱碰工况[2]，主要用以模拟当汽车侧面撞击电线杆、大树等圆柱形障碍物时的交通事故。
该工况采用刚性圆柱作为壁障，其主要特点是刚度大且接触面积小，因此，相对于可变形移动壁障侧面碰撞工况，侧面柱碰的车身的局部侵入量会更大，对电池包的威胁性也更高。
基于有限元方法的轮胎滚动过程仿真分析
基于有限元方法的轮胎滚动过程仿真分析米伟;姚银花【摘要】在驾驶过程中,轮胎处于滚动状态.一般来说,这种状态并不稳定,而且随着时间的推移不断变化.为了研究轮胎滚动过程接触印迹,论文在二维CAD模型的基础上建立了更加精确的三维有限元模型,仿真研究了滚动过程轮胎气压,以及制动、转弯过程中轮胎的接触状况.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)006【总页数】3页(P23-25)【关键词】有限元分析;轮胎模型;稳态滚动【作者】米伟;姚银花【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U467引言轮胎是车辆与路面接触的最直接部件，轮胎性能的好坏直接影响到车辆的动力性、经济性以及行驶平顺性[1]。
建立轮胎有限元模型，仿真分析车辆轮胎滚动过程。
轮胎结构有限元模型的建立具有一定的难度，主要困难包括：（1）轮胎是有胎面、带束层、胎体、钢丝圈等构成的复杂架构；（2）轮胎运动过程中将会引起大的变形，而且轮胎的变形是非线性的；（3）轮胎橡胶材料的非线性。
论文通过引入将CAD模型转换为有限元模型的代码实现的 FE模型的灵活性使得能够进行研究，作为目标具有改进的轮胎性能，特别是其可操作性和加速度的改善[2]。
1 轮胎有限元模型建立图1 轮胎二维有限元模型本章描述的用于稳态滚动分析的 FE轮胎模型是根据作者开发的轮胎轮廓的2D参数CAD模型（如图1所示）创建的，该模型将在其他地方进行更详细的描述[3]。
该模型基于早期开发的3D CAD模型，在轮胎胎面将被详细建模的情况下，可以容易地与其组合。
新模型的优点是，除了轮胎轮廓的基本参数化几何外，还包含一个参数化的线和网络线，它们代表了FE网格的建模基础。
这里描述的 FE模型可用于所有轮廓类型，其轮廓以相同或类似的方式构造。
如果要分析不同类型的轮胎，则需要通过重新制作新的CAD模型来创建新的CAD模型。
基于有限元分析的大客车车身结构强度优化的开题报告
基于有限元分析的大客车车身结构强度优化的开题
报告
1.选题背景
近年来，大客车在公路交通中的运输任务越来越重，其安全性和耐久性与人们的生命财产安全直接相关。
在这个背景下，对大客车车身结构进行优化设计，提高其强度和稳定性，有着重要的现实意义。
有限元分析作为一种有效的工程分析方法，被广泛应用于车身结构设计和优化中。
2.选题目的
本课题旨在基于有限元分析方法，对大客车车身结构进行强度和稳定性优化设计，以提高其安全可靠性。
3.主要研究内容和方法
（1）大客车车身结构强度分析：使用有限元分析软件对大客车车身结构进行强度分析，找出结构中的薄弱环节。
（2）车身结构优化设计：根据强度分析结果，对车身结构中的薄弱环节进行设计优化，提高车身结构强度和稳定性。
（3）性能验证：对优化后的车身结构进行有限元分析，验证其强度和稳定性满足设计要求。
4.预期成果
（1）得出大客车车身结构的有限元分析结果，确定薄弱环节。
（2）设计优化后的车身结构，提高其强度和稳定性。
（3）验证优化后车身结构的强度和稳定性满足设计要求。
5.研究意义
对大客车车身结构进行强度优化设计，有助于提高其安全可靠性，保护乘客和驾驶员的生命财产安全。
同时，也有助于汽车制造企业提升产品竞争力，提高企业市场份额，促进行业的健康发展。
068-汽车车身节点有限元分析
汽车车身节点有限元分析罗伟周定陆长安汽车股份有限公司汽车工程研究院汽车车身节点有限元分析Finite Element Analysis for Joints of Car Body罗伟 周定陆(长安汽车股份有限公司汽车工程研究院)摘 要:本文对车身的A 、B 、C 、D 节点，借助MSC.Nastran 软件，进行了刚度分析，得到了各节点的刚度值，对了解车身的刚度和改进结构提供了依据关键词: 汽车 车身 节点 刚度 有限元分析Abstract ：Applying the MSC.Nastran, the A 、B 、C 、D 、joints of the car body is analyzedand the stiffness of each joints is got. The analysis can help to find out the s tiffness of car body and improve the structure of car body.Key words: Automobile ,Body ，Joint, stiffness ，finite element analysis1 概述车身的A 、B 、C 、D 节点分别位于A 柱的上根部、B 柱的上根部、B 柱的下根部以及C 柱的上根部（如图1所示），这4个节点的刚度对于车身的刚度、模态及振型都有很大的影响。
在车身设计和改进过程中，了解这些节点的刚度值，对于提高设计质量，改善车身结构都有很大的益处。
实际上，即使样车制造出来后，要想获得这几个节点的刚度也是不容易的。
反复的试验过程会耗费大量的人力物力，与现代车身设计快速、高效、低成本的要求相矛盾。
因此，借助MSC.Nastran软件进行仿真分析，能够在设计阶段通过虚拟试验的方法同步地得到这些节点的刚度值，实时地提供结构的优劣评价。
可以在很短的时间内以较低的成本获得满意的设计。
基于有限元的某轿车左前车门外门板的强度分析
功 三 卜
年第
期
基于有限元的某轿车左前车门外 「 〕 板 的强度分析
赵耕云 , 周 东玉 , 孟金
长安 大学 , 陕西 摘 要 通 过 运用 冲 西安
建 立某轿 车车 门外 门板 的有 限元 模 型 , 利用计 算机 辅助 计算 , 分析
了外 门板在 下沉 和 扭转工 况下 的应 力 , 确保其 设计 是否满 足 强度要 求 , 找 到 了车 门的 强度 薄弱 区 域 , 并为车 门其 他 结构 的设计 提供 参考和 依据 。 关键字 车 门外 门板 应力 强度 文章编 号 一 一 一
程专
影 响车 身结 构性 能 的好 坏 。 而车 门外 门板 作 为车 门 的主 要 部件 和 车厢 一起 构成 乘 员 的周 围空 间 , 应 具 有一 定 的强 度 以满 足车 门闭合 时 的耐冲击 性及 侧碰 时 的耐撞性 的各项 性能 要求 。 本文运 用 软件 对某 轿 车左 前 车 门外 门板进 行 了强度 分析 , 为 车 门其他 结构 的设 计和优 化 提供 了参考 。
年 正式推 出 。 按照 日本 官方 标准 , 可提 高车 辆行 程 投 入使 用 的现 实 工况 , 则可 能提 高
容 的使用 寿 命也 长于 普通 电池 。
” 或 “智能 能量 闭环 ” , 预计 将于
而按照 频繁 制动 刹车 、 空 调及 其 他 电子 设备
之多 。
马 自达 解释 称 , 在刹车 过程 中 , 该 电容 能够在 数秒 钟之 内充满 电量 , 而放 电速 度也 快 于 电池 。 同时 电 在 开发环 保节 能汽 车技 术 的道路 上 , 马 自达并 未选择 混 合动力 系统 , 而 是考 虑 不断 强化 内燃 发动机 的
长安大学 有限元分析 简答题
CAE在汽车产品开发中的应用：1、零部件强度，刚度，疲劳寿命分析；2、整车结构强度，刚度，模态分析；3、空气动力学分析；4、NVH分析；汽车安全性分析；5、汽车动力学仿真分析；6冲压成型仿真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.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。
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。
模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析模态分析的步骤：1、建模；2、选择分析类型和分析选项；3、施加边界条件并求解；4、评价结果什么叫等参单元？等参单元有何优点？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。
车辆结构分析概述：1、有限元分析；2、汽车多体动力学仿真分析；3、车辆安全性分析ANSYS功能简介：1、结构分析；2、热分析；3、电磁分析；4、流体分析；5耦合场分析，多物理场；6、特色模块与功能结构分析的方法：1由于方程的某些特征的非线性性质，或由于求解区域的几何形状比较复杂，则不能得到解析的答案。
这类问题的解决通常有两种途径：1、引入简化假设；2、数值解法（有限差分法、等效积分法）有限元法的构造方法：1、直接刚度法。
汽车车架的有限元分析毕业设计论文
汽车车架的有限元分析院系机械工程系专业机械设计制造及其自动化班级学号姓名指导教师负责教师沈阳航空航天大学2013年6月摘要车架是汽车上重要的承载部件，车架结构性能的好坏直接关系到整车设计。
传统的设计方法已经无法满足现代汽车设计的要求，通过有限元法对车架结构进行性能分析，并对车架结构进行优化，对提高整车的各种性能，降低设计与制造成本，增强市场竞争力等都具有十分重要的意义。
本文的重点是：以有限元静态分析、动态分析为基础，完成了从车架三维建模到有限元分析的整个过程，得出了车架在典型工况下的应力分布和变形结果及它在自由约束状态下的前20阶固有频率和振型。
关键词：车架；ANSYS；静力分析；模态分析；AbstractThe frame is an important part which bears the weigh of whole car, the quality of the structural performance of the frame is relate to the car which is designed. The traditional design method has not been the request of designing in modern car Through the finite element method, we carry on the analysis of performance to the frame structure and optimize the frame structure, It is important to improve various performance of the completed car, decrease the design of cost, strengthen the competitiveness of market .The main idea of the article :Based on static analysis of finite element, modal analysis, we have finished the whole course that is analyzed from three-dimensional modeling of the frame to finite element .Then we have obtained the stress of the frame under the typical operating mode and is distributed in the first 20 steps of natural frequency and shaking type that restrain from under the state freely with result and it out of shape .Key words：Frame；ANSYS；Static Analysis；Modal Analysis；目录摘要 (I)1绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2论文选题的意义 (1)1.3有限元法在车架结构设计中的应用现状 (2)1.3.1车架结构设计与分析的概述 (2)1.3.2车架结构有限元模型的形式 (2)1.3.3车架结构有限元分析类型 (3)1.3.4有限元法在车架结构分析中存在的问题 (4)1.4本文的主要研究内容 (4)2车架三维模型的建立 (5)2.1CATIA软件的简介 (5)2.1.1关于CATIA (5)2.1.2关于CATIA V5 (5)2.1.3CATIA的主要功能模块 (6)2.2车架草图的绘制 (7)2.3车架零件图的绘制 (8)3车架有限元模型的建立 (10)3.1ANSYS软件的介绍 (10)3.1.1ANSYS的发展概述 (10)3.1.2ANSYS的主要特点 (10)3.1.3ANSYS的主要功能 (11)3.1.4ANSYS的结构分析文件 (11)3.1.5ANSYS单元库构成体系 (11)3.1.6ANSYS中的耦合与约束方程 (12)3.1.7ANSYS求解器简介 (12)3.2车架有限元计算模型的建立 (13)3.3悬架模型的建立 (16)4.1车架设计中应用的有限元法 (19)4.1.1车架设计分析概述 (19)4.1.2有限元法在汽车车架设计分析中的应用 (20)4.2汽车车架的静力分析 (20)4.2.1汽车车架静力分析的典型工况 (20)4.2.2载荷加载的处理 (21)4.2.3车架静力分析过程 (22)4.2.4车架结构静力分析结果 (26)4.2.5车架结构静力分析结果评价 (27)4.3车架结构模态分析过程 (27)总结 (32)参考文献 (33)致谢 (34)1绪论计算机的出现给社会带来了巨大的改变，同时也为工程结构的设计、制造提供了强有力的工具。
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。
汽车结构有限元分析汽车结构有限元分析实例PPT学习教案
汽车结构设计准则与目标
详细设计阶段
1.车身强度与刚度分析及其灵敏度分析 2.白车身弯曲刚度和扭转刚度 3.截面分析与接头刚度分析
截面分析：检查截面尺寸的正确性； 优化板件的厚度；
接头刚度分析：保证接头的刚度达到一定的刚度值； 截面特性对刚度的影响： 截面特性对扭转刚度的影响； 截面特性对弯曲刚度的影响；
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9.耐久性分析 使整车的疲劳特性满足一定
的设计要求；
道路载荷下车身强度分析；
道路载荷下底盘部件疲劳耐 久性分析；
车身焊点疲劳寿命评估；
在先期评估产品的总体设 计目标时，要分级分项制订目 标，包括整车第6页分/共4级9页 、总成分级 及零部件分级。定义零部件层
汽车结构设计目标值确定方法
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4、 汽车结构刚度分析
车身静刚度达到了一定值可以保证车身能够承担 动态工作载荷，减小车身振动，提高低阶模态频 率，增强车身可操纵性等，
车身耐久性与车身刚度也有关联。
一般而言，刚度不足会使部件产生变形而破坏零 部件之间的相对位置，从而引起应力集中，降低 零部件的使用寿命。
除了车身刚度（车身弯曲刚度、扭转刚度）等整 体指标外，还有前后风窗对角线、前后门对角线、 前围板下部变形、整车纵向弯曲和扭转变形等， 都有详尽的指标。
在建模前制订网格划分标准
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白车身有限元模型 及计算结果图示
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--- @3客车骨架有限元分析 车身骨架+等效悬架系统的有限元模型
有限元模型建立： 简化原则； 分块模建 ； 悬架系统等效有限元模型。
建模过程------经过初步建 模，反复检验与多次修改并完 善，形成一个实用的计算模型。 随后又将试验第16结页/共4果9页 与有限元分 析结果进行对比，部分修改模
基于有限元方法的车架正面耐撞性分析
基于有限元方法的车架正面耐撞性分析万长东1摘要：车架在非承载式车身结构中发挥了非常重要的碰撞吸能作用。
采用有限元分析方法进行车架结构优化改进，改善了车架的刚度和变形，增强了车架对碰撞过程能量的吸收，降低了加速度峰值，延长了碰撞时间。
分析结果为整车碰撞性能改善提供了很好的参考。
关键词：车架；有限元方法；碰撞性能0 引言汽车正面碰撞事故率及正面碰撞伤亡率在整个汽车碰撞事故中占有主要比例，非承载式车身结构的汽车发生正面碰撞时，车架是主要的吸能结构[1]，提高汽车车架正面碰撞的吸能特性具有重要的现实意义。
目前国内对车架碰撞安全性的研究还不足，随着计算机技术的发展，以及有限元分析方法的完善，采用计算机仿真来进行车架正面碰撞研究成为一种非常必要的研究方法。
1 有限元模型建立利用三维造型软件CATIA和UG建立的几何模型，经过合理简化形成符合有限元分析的几何模型，然后通过IGS格式转换到ANSYS/DYNA和FEMB中，进行有限元分析的前处理。
本文有限元分析的后处理软件采用LSPOST。
整个车架由钢板冲压成型，通过铆接及焊点连接而成；BT壳单元在计算效率上要大大高于HL单元，碰撞过程采用BT壳单元模拟钢板；网格划分时，变形较大或可能失效的部位网格密度较高，而变形较小或基本不变形的部位可以采用较大的网格密度尺寸[2]，车架前端网格划分的平均单元尺寸控制在5mm左右，车架中部及尾部网格平均单元尺寸控制在10mm左右；车梁采用高强度合金钢；纵梁钢板厚度4mm，横梁钢板厚度第一根到第六根分别为：2.92mm，3.5mm，6.1mm，3.05mm，3.68mm，3.43mm；边界条件处置：将刚性墙所有自由度都约束，车架与刚性墙碰撞初始速度参考C-NCAP碰撞要求，定义为50km/h；接触算法采用LS-DYNA程序中自动单面滑移接触算法，这种算法是罚函数接触算法中的一种，该算法不会产生严重的穿透现象，同时使用方便，但它计算所需的CPU时间相对其它罚函数接触算法要长些。
汽车车身有限元分析与研究的开题报告
汽车车身有限元分析与研究的开题报告一、研究背景汽车是现代社会中不可或缺的交通工具，而汽车车身是汽车的重要组成部分之一。
车身的质量、强度等性能对汽车的整体安全性、经济性、舒适性等方面起着至关重要的作用。
因此，汽车车身的研究和分析对于汽车行业的发展和汽车产品的改进都具有重要的意义。
有限元分析是一种利用计算机数值模拟方法进行结构分析和优化设计的技术。
它可以分析汽车车身在静态和动态工况下的受力情况和变形情况，并确定车身的强度、刚度等性能。
因此，应用有限元方法对汽车车身进行分析和研究，可以为汽车的设计和制造提供科学依据。
二、研究目的本研究旨在利用有限元方法对汽车车身进行分析和研究，探索车身在不同工况下的受力情况和变形情况，确定车身的强度、刚度等性能指标。
三、研究内容1. 车身有限元模型的建立通过对汽车车身的结构和尺寸进行建模，利用有限元软件将车身模型转换为有限元模型，并进行网格划分和材料特性的定义。
2. 车身静态强度分析在静态荷载作用下，利用有限元方法对车身的应力、应变分布进行分析，并确定车身的最大应力、最大应变等强度指标，分析车身在不同工况下的受力情况。
3. 车身动态响应分析在动态荷载作用下，对车身进行振动分析，探究车身在不同频率下的固有振动频率和振幅，并分析车身在不同工况下的响应情况。
4. 车身优化设计根据以上分析结果，对车身的结构进行优化设计，调整车身结构和材料，提高车身的强度、刚度等性能指标，以达到更好的安全性、舒适性等目标。
四、研究意义和预期成果本研究可以为汽车设计和制造提供科学的理论参考和技术支持，优化车身结构和材料，提高汽车的整体性能指标，进一步推进汽车工业的发展。
预期成果包括完成汽车车身有限元模型的建立，实现车身的静态强度分析、动态响应分析和优化设计，并得出汽车车身的相关性能指标。
汽车车架简化模型有限元分析
汽车典型零部件简化模型有限元分析任务1：连杆简化模型的有限元分析1. 分析任务：对图一所示的连杆的二维简化模型进行有限元分析，确定该设计是否满足结构的强度要求；若强度不够，修改设计直至最大应力减小至材料允许的范围内。
在修改结构时，注意不可改变连杆小头衬套的内径和连杆大头的内径，也不可改变连杆各处的厚度和材料。
2. 分析所需数据：a．连杆采用两种材料，连杆本体用的是40Cr结构钢，左侧小头中的衬套用的是铜。
b．连杆杆身和大头的厚度为1.5mm，小头的厚度为3.0mm。
注意在杆身和小头的过渡处有R2.0的过渡圆角；c．连杆结构的其它尺寸如图二所示；d．施加在大、小头内壁上的边界条件用于模拟连杆与曲轴及活塞销的连接。
假定载荷分布在小头夹角为90º的内壁上，且为锥状分布；约束施加在连杆大头夹角为90º的内壁上；e．40Cr材料的弹性模量：210GPa；泊松比：0.3；屈服极限为：850MPa，设计安全系数为6；铜的弹性模量：120GPa，泊松比：0.33；屈服极限为：250MPa；设计安全系数为4。
3. 完成该分析应掌握的ANSYS技术：a．单元类型的选择；单元的尺寸控制；b．不同厚度和材料的二维实体建模；c．工作平面的灵活应用；d．按载荷和约束的要求分割线和面；e．模型参数（材料，实常数，单元类型号等）f．粘结、合并等布尔运算操作g．局部坐标系，旋转节点坐标系；h．线性分布载荷的施加；i．单元网格误差估计；j．Ansys 命令日志文件及其在修改设计中的应用；k．多窗口显示的功能4. 分析报告内容的基本要求：a.对分析任务的描述；列出分析所需数据：b.利用多窗口显示的功能绘出连杆的实体模型和网格模型，在模型上能反映出连杆各部位材料、厚度的不同；c.绘图反映连杆的边界条件；d.绘出对连杆原设计进行有限元分析后得到的变形图和应力等值线图；e.图示SEPC和SERR并说明有限元分析的建模误差；f.详细说明对不符合设计要求的结构所作的设计修改；及最终符合设计要求的计算结果；g.在分析中遇到的关键问题（在实体建模、网格剖分、边界条件施加等各个步骤中出现的）及解决的办法；h.整理命令日志文件，并在每个语句后添加说明（说明该语句的功能，说明前要加！号）。
某型拖车副车架的塑性变形分析及优化设计
H 机电•教育•推广
四面体单元，约束副车架前端的安装前回转结构的面和后端的 安装车轮轴的面，施加作用力于副车架中部的安装后回转结构 的面，建成后的副车架有限元模型如图3所示，单元数为 1437640,节点数为 2349474。
架上的最大应力值约为115MPa,保证了副车架结构的最小安全
某型踣副车架的塑性变形分析及优化设计
安徽合力股份有限公司 吴小峰李戈操
前言 拖车是一种用于货物托运的专用车辆，其车架是主要的承 载结构件,所以一般要求车架需要有较高的结构强度，以满足拖 车的承载能力需求。本文通过应用有限元法，判断分析了某型拖 车副车架发生塑性弯曲变形的原因，校核评估了该副车架优化 加强结构的强度可行性，为类似拖车结构的设计提供了一些借 鉴和参考依据。
作者简介:吴小峰,1983年出生，安徽阜阳人，硕士，工程师，研究 方向:CAE工程应用等。
材料密度 (kg/m3) 7850
表1 Q235A的双线性强化弹塑性参数
弹性模量 (MPa)
泊松比
屈服极限 切线模量
(MPa)
(MPa)
206000
0.3
235
8000
2失效分析
该型拖车的副车架结构在使用过程中发生了塑性弯曲变 形，如图2所示,严重影响了拖车的使用安全性。为了准确判断 副车架结构塑性变形失效的原因，应用了有限元法，计算结构应 力等以作为判断的依据。
从及格率分析，分层教学情况下,2016级、2017级、2018级 学生英语及格率一般在90%以上，仅有2018级第1学期及格率 为87.5%低于90%;数学及格率稳定在80%以上，仅有2017级 学生第2学期低于80%。然而，未实施分层教学的电工电子技术 课程普遍低于80%,仅有2016级第1学期高于80%。
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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。
模态是机械结构的固有振动特性每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。
这些模态参数可以由计算或试验分析取得这样一个计算或试验分析过程称为模态分析模态分析的步骤1、建模2、选择分析类型和分析选项3、施加边界条件并求解4、评价结果
八：有限元法的构造方法1、直接刚度法。
直接进行物理推理物理概念清楚易于理解但只能用于研究较简单单元的特性2、变分法。
既适用于形状简单的单元也适合与形状复杂的单元3、加权余量法。
有问题的基本微分方程出发而不依赖于泛函。
九：单元的划分原则1、所有顶点必须为相邻单元顶点2、单元三条边长相差不宜过大常用正三角或直角三角形单元3、单元越多尺寸越小结果越精确但计算量也越大且费用也高。
为了节省计算时间减低计算费用只要能满足工程要求单元要求尽可能粗一些4、不同材料应划分在不同单元5、单元划分后对单元和节点进行编号编号时节点号按逆时针排列另外编节点号时力求同一单元中的三个节点号最差最小这有益于节省计算机内存和减少计算机时间。
十：有限元类型1一维单元如杆单元、梁、管2二维单元如三角形六节点单元、矩形四节点、曲边等参数单元3三维单元4板壳单元如薄板矩形单元、三角形薄板单元、矩形平板壳单元。
十一：弹性力学问题的典型解法1、应力法2、位移法3、混合法
十二：动力学问题与静力学问题的区别：静力学分析用于计算那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件上引起的位移、应变、和应力。
固定不变的载荷是一种假设：即
假定载荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。
当结构承受载荷作用而处在非平衡状态，或由于结构的弹性和惯性而围绕平衡位置振动时，其位移、应力等都是时间的函数，各点还有速度和加速度，这就是动力学问题。
十三：质量矩阵的两种形式和不同：一致质量矩阵和集中质量矩阵不同：一致质量矩阵时严格按照分布惯性力的合理分配而求得的，而质量矩阵是将质量都假设集中到节点上，由此而集合而成的整体质量矩阵是对角矩阵，这种对角形的矩阵就是集中质量矩阵。
十四：结构动力学响应方法1直接积分法○1中心差分法○2威尔逊法○3纽马克法 2振动型叠加法
十五：上机操作过程：1建立有限元模型⑴建立或导入几何模型⑵定义材料属性⑶划分网格、形成节点与单元2施加载荷并求解⑴施加载荷及载荷选项，施加约束条件⑵计算3查看结果⑴查看分析结果⑵检查结果及评价
十六：有限元软件处理分为1有限元软件前处理⑴建立几何模型⑵建立有限元模型与网格划分⑶施加载荷及边界条件2有限元软件计算3有限元软件后处理⑴计算结果处理⑵计算结果编辑⑶数据的可视化
十七：动力学问题与静力学问题的区别1位移、应变和应力在动力学中都是时间的函数，而在静力学中是随时间不变或变化非常缓慢，但建立动态有限元分析所需的位移形函数和静力学有相同的形式2动力学中的假设插值函数中m为单元节点数，其他符号的意义与静力学分析情况相同，但节点位移参数是时间函数，3动力有限元方程的推导过程与静态分析过程基本相同，只不过多出惯性力和阻尼力项 4单元形函数矩阵N与精力问题相同，其它各元素只是点的坐标函数，与时间无关5结构有限元动力分析比精力分析的计算量大得多，相当于多次的静力计算。
十八：动力学方程或分别是系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和激振力向量，是位移、速度、加速度
十九：有限元方程有哪几项平衡方程、
几何方程
其应变分量列阵为
物理方程()。