汽車(chē)結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1汽車(chē)結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型汽車(chē)結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型汽車(chē)結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型汽車(chē)結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算模型 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述Over第二節(jié)第二節(jié) 汽車(chē)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型汽車(chē)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型第三節(jié)第三節(jié) 載荷與邊界約束條件的處理載荷與邊界約束條件的處理第1頁(yè)/共60頁(yè)有限元法（有限元法（FEM）雖然已很流行）雖然已很流行，但無(wú)需諱言，對(duì)于接觸，但無(wú)需諱言，對(duì)于接觸FEM時(shí)時(shí)間不長(zhǎng)的同學(xué)們來(lái)說(shuō)，有限元方間不長(zhǎng)的同學(xué)們來(lái)說(shuō)，有限元方法仍難免有些神秘和高深莫測(cè)。法仍難免有些神秘和高深莫測(cè)。此前，我們學(xué)習(xí)了各種平面和此前，我們學(xué)習(xí)了各種平面和空間單元，討論了其位移模式空間單元，討論了其位移模式、單元?jiǎng)偠染仃嚨?/p>

2、求取以及單、單元?jiǎng)偠染仃嚨那笕∫约皢卧M集的方法等。對(duì)結(jié)構(gòu)有限元組集的方法等。對(duì)結(jié)構(gòu)有限元分析問(wèn)題的元分析問(wèn)題的運(yùn)算復(fù)雜性運(yùn)算復(fù)雜性和和手手算低效算低效的矛盾有了深刻印象和的矛盾有了深刻印象和切身感受。切身感受。第2頁(yè)/共60頁(yè)隨著上機(jī)實(shí)踐的進(jìn)行，運(yùn)算復(fù)雜隨著上機(jī)實(shí)踐的進(jìn)行，運(yùn)算復(fù)雜性這一矛盾已迎刃而解。但是性這一矛盾已迎刃而解。但是我們還是不禁要問(wèn)：我們還是不禁要問(wèn)：FEM真的那真的那么有用嗎？它是屠龍妙術(shù)，還是么有用嗎？它是屠龍妙術(shù)，還是一種實(shí)用技術(shù)？它在汽車(chē)工程中一種實(shí)用技術(shù)？它在汽車(chē)工程中真有那么廣泛的應(yīng)用嗎？真有那么廣泛的應(yīng)用嗎？第3頁(yè)/共60頁(yè)本節(jié)教學(xué)內(nèi)本節(jié)教學(xué)內(nèi)容容FEM在現(xiàn)代汽

3、車(chē)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)在現(xiàn)代汽車(chē)開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用用汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析方法簡(jiǎn)述汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析方法簡(jiǎn)述FEM應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例FEM建模和使用軟件進(jìn)建模和使用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的三點(diǎn)注意行結(jié)構(gòu)分析的三點(diǎn)注意（重點(diǎn)）（重點(diǎn)）第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第4頁(yè)/共60頁(yè)教學(xué)要求教學(xué)要求明確明確FEM在現(xiàn)代汽車(chē)開(kāi)發(fā)中在現(xiàn)代汽車(chē)開(kāi)發(fā)中應(yīng)用的廣泛性應(yīng)用的廣泛性熟悉熟悉FEM在汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中在汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中的常見(jiàn)應(yīng)用實(shí)例的常見(jiàn)應(yīng)用實(shí)例深刻體會(huì)深刻體會(huì)并積極實(shí)并積極實(shí)踐踐“FEM建模和軟建模和軟件使用中的三點(diǎn)注件使用中的三點(diǎn)注意意”FEM決不是屠龍妙術(shù)，而是一門(mén)實(shí)用技術(shù)決不是屠龍妙術(shù)，而是一門(mén)實(shí)用技術(shù)第5頁(yè)/共60頁(yè)早期的汽車(chē)設(shè)計(jì)和制造主要以

4、經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合。早期的汽車(chē)設(shè)計(jì)和制造主要以經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)合?，F(xiàn)代汽車(chē)的設(shè)計(jì)以現(xiàn)代汽車(chē)的設(shè)計(jì)以數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)字化設(shè)計(jì)為主，綜合應(yīng)用先進(jìn)的為主，綜合應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，如，如CAD、 CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程（計(jì)算機(jī)輔助工程）、）、CAM，以縮短研發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)，以縮短研發(fā)周期，降低設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。計(jì)質(zhì)量。nFEM在現(xiàn)代汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用在現(xiàn)代汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的應(yīng)用第6頁(yè)/共60頁(yè)現(xiàn)代汽車(chē)現(xiàn)代汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程開(kāi)發(fā)過(guò)程（從概念到實(shí)物）（從概念到實(shí)物）造型設(shè)計(jì)造型設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)詳細(xì)設(shè)計(jì)樣車(chē)試制樣車(chē)試制模具制造模具制造批量生產(chǎn)批量生產(chǎn)效果圖效果圖油泥

5、模油泥模型制型制作作1: 5和和1: 1模型模型分分析析仿仿真真三維總布三維總布置置設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)車(chē)身設(shè)車(chē)身設(shè)計(jì)計(jì)底盤(pán)設(shè)底盤(pán)設(shè)計(jì)計(jì)管路布管路布置置電器系電器系統(tǒng)統(tǒng)其它系其它系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)在這一過(guò)程中，有限元分析充當(dāng)了重要角色具有不可或缺的作用在這一過(guò)程中，有限元分析充當(dāng)了重要角色具有不可或缺的作用第7頁(yè)/共60頁(yè)CAD技術(shù)技術(shù)的發(fā)展使三維設(shè)計(jì)和虛擬裝配成為現(xiàn)實(shí)的發(fā)展使三維設(shè)計(jì)和虛擬裝配成為現(xiàn)實(shí)汽車(chē)產(chǎn)品數(shù)字化開(kāi)發(fā)是建立在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（汽車(chē)產(chǎn)品數(shù)字化開(kāi)發(fā)是建立在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（CAX）基礎(chǔ)上的，其中，）基礎(chǔ)上的，其中，有限元分析有限元分析充當(dāng)了重要角色，具充當(dāng)了重要角色，具有不可或缺的作用有不可或缺的

6、作用自自20世紀(jì)世紀(jì)80年代開(kāi)始，在基于特征的年代開(kāi)始，在基于特征的CAD技術(shù)中，可技術(shù)中，可以建立全參數(shù)驅(qū)動(dòng)的三維模型，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)整以建立全參數(shù)驅(qū)動(dòng)的三維模型，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)整體設(shè)計(jì)和部件進(jìn)行體設(shè)計(jì)和部件進(jìn)行有限元分析、有限元分析、運(yùn)動(dòng)分析、裝配的干運(yùn)動(dòng)分析、裝配的干涉檢查和涉檢查和NC自動(dòng)編程等。自動(dòng)編程等。CAX與與有限元分析有限元分析充分融合已成趨勢(shì)充分融合已成趨勢(shì)第8頁(yè)/共60頁(yè)CAE技術(shù)技術(shù)使使結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)校核結(jié)構(gòu)分析和運(yùn)動(dòng)校核可以在設(shè)計(jì)階段完成可以在設(shè)計(jì)階段完成，避免了反復(fù)實(shí)驗(yàn)和試制！，避免了反復(fù)實(shí)驗(yàn)和試制！CAM技術(shù)技術(shù)使設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)直接用于加工，大大縮短了產(chǎn)品使設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)

7、直接用于加工，大大縮短了產(chǎn)品的制造周期。的制造周期。這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用使汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)發(fā)生了根本性的這些技術(shù)的廣泛應(yīng)用使汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)發(fā)生了根本性的變革，使汽車(chē)產(chǎn)品也可以按照不斷變化的客戶(hù)需求進(jìn)變革，使汽車(chē)產(chǎn)品也可以按照不斷變化的客戶(hù)需求進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，開(kāi)發(fā)一個(gè)全新車(chē)型的周期已經(jīng)從行及時(shí)響應(yīng)，開(kāi)發(fā)一個(gè)全新車(chē)型的周期已經(jīng)從45年年縮短到縮短到18個(gè)月左右。個(gè)月左右。如，如，有限元數(shù)值模擬有限元數(shù)值模擬板料沖壓成形過(guò)程，可很好的預(yù)板料沖壓成形過(guò)程，可很好的預(yù)測(cè)成形缺陷。測(cè)成形缺陷。新一代的新一代的 CAE 技術(shù)將不單純是計(jì)算技術(shù)，它將和試驗(yàn)技術(shù)將不單純是計(jì)算技術(shù)，它將和試驗(yàn)技術(shù)緊密地融合在一起，成為工程

8、實(shí)用中更加可靠的技術(shù)緊密地融合在一起，成為工程實(shí)用中更加可靠的一門(mén)完整技術(shù)。一門(mén)完整技術(shù)。 第9頁(yè)/共60頁(yè)n汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析方法簡(jiǎn)述汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析方法簡(jiǎn)述在汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中，在汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中，解析方法解析方法（如材料力學(xué)、（如材料力學(xué)、彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等）只能用于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等）只能用于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)件，如桿、梁、柱以及簡(jiǎn)單的板殼等，不能解件，如桿、梁、柱以及簡(jiǎn)單的板殼等，不能解決汽車(chē)中眾多復(fù)雜零部件的結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題（決汽車(chē)中眾多復(fù)雜零部件的結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題（為為什么？什么？），因此現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)的技術(shù)分析主要），因此現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)的技術(shù)分析主要采用有限元等采用有限元等數(shù)值方法數(shù)值方法。1 彈性

9、力學(xué)的基本方程有哪些？彈性力學(xué)的基本方程有哪些？2 從數(shù)學(xué)上講，彈性力學(xué)問(wèn)題的求解是哪類(lèi)問(wèn)從數(shù)學(xué)上講，彈性力學(xué)問(wèn)題的求解是哪類(lèi)問(wèn)題？題？第10頁(yè)/共60頁(yè)n汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析方法簡(jiǎn)述汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析方法簡(jiǎn)述在汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中，在汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中，解析方法解析方法（如材料力學(xué)、（如材料力學(xué)、彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等）只能用于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)彈性力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等）只能用于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)件，如桿、梁、柱以及簡(jiǎn)單的板殼等，不能解件，如桿、梁、柱以及簡(jiǎn)單的板殼等，不能解決汽車(chē)中眾多復(fù)雜零部件的結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題（決汽車(chē)中眾多復(fù)雜零部件的結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題（為為什么？什么？），因此現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)的技術(shù)分析主要），因此現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)的技術(shù)分析主要采用

10、有限元等采用有限元等數(shù)值方法數(shù)值方法。FEM是一種高效、成熟和不斷發(fā)展的數(shù)值方法是一種高效、成熟和不斷發(fā)展的數(shù)值方法，如小波有限元在分析裂紋擴(kuò)展問(wèn)題中的應(yīng)用，如小波有限元在分析裂紋擴(kuò)展問(wèn)題中的應(yīng)用等等等等FEM自自20世紀(jì)世紀(jì)40年代始年代始第11頁(yè)/共60頁(yè)作為一種有效的數(shù)值方法，在汽車(chē)設(shè)計(jì)中，有作為一種有效的數(shù)值方法，在汽車(chē)設(shè)計(jì)中，有限元分析應(yīng)用十分廣泛。限元分析應(yīng)用十分廣泛。復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)件有限元分析復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)件有限元分析nFEM應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例教學(xué)提示：與今后的科研和實(shí)際工作關(guān)系教學(xué)提示：與今后的科研和實(shí)際工作關(guān)系客車(chē)車(chē)身骨架有限元模型客車(chē)車(chē)身骨架有限元模型 第12頁(yè)/共60頁(yè)白車(chē)

11、身有限元模型白車(chē)身有限元模型 復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)件有限元分析復(fù)雜的大型結(jié)構(gòu)件有限元分析nFEM應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例白車(chē)身彎曲變形分析結(jié)果白車(chē)身彎曲變形分析結(jié)果 第13頁(yè)/共60頁(yè)各種零部件的有限元分析各種零部件的有限元分析nFEM應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例如，懸架各部件（如空氣彈簧、鋼板彈簧、穩(wěn)如，懸架各部件（如空氣彈簧、鋼板彈簧、穩(wěn)定桿等）有限元分析定桿等）有限元分析雙扭桿彈簧懸架雙扭桿彈簧懸架有限元分析有限元分析 空氣彈簧有限元分析模型空氣彈簧有限元分析模型 位移云圖位移云圖應(yīng)力云圖應(yīng)力云圖第14頁(yè)/共60頁(yè)各種零部件的有限元分析各種零部件的有限元分析又如，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、驅(qū)動(dòng)橋殼、曲軸、差速器又如，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體

12、、驅(qū)動(dòng)橋殼、曲軸、差速器及變速器齒輪等各種零部件的結(jié)構(gòu)分析。及變速器齒輪等各種零部件的結(jié)構(gòu)分析。柴油機(jī)機(jī)體有限元分析位移云圖柴油機(jī)機(jī)體有限元分析位移云圖 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體實(shí)物與有限元模型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體實(shí)物與有限元模型第15頁(yè)/共60頁(yè)各種零部件的有限元分析各種零部件的有限元分析又如，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、驅(qū)動(dòng)橋殼、差速器及變速又如，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體、驅(qū)動(dòng)橋殼、差速器及變速器齒輪等各種零部件的結(jié)構(gòu)分析。器齒輪等各種零部件的結(jié)構(gòu)分析。驅(qū)動(dòng)橋有限元分析應(yīng)力云圖驅(qū)動(dòng)橋有限元分析應(yīng)力云圖 驅(qū)動(dòng)橋有限元模型驅(qū)動(dòng)橋有限元模型 變速器齒輪有限元分析模型變速器齒輪有限元分析模型 第16頁(yè)/共60頁(yè)汽車(chē)設(shè)計(jì)中，除了要滿足強(qiáng)度和剛度的要求外

13、汽車(chē)設(shè)計(jì)中，除了要滿足強(qiáng)度和剛度的要求外，還要進(jìn)行碰撞實(shí)驗(yàn)，使其符合相關(guān)法規(guī)的要，還要進(jìn)行碰撞實(shí)驗(yàn)，使其符合相關(guān)法規(guī)的要求。求。汽車(chē)碰撞有限元建模與仿真汽車(chē)碰撞有限元建模與仿真汽車(chē)正碰實(shí)驗(yàn)汽車(chē)正碰實(shí)驗(yàn)汽車(chē)碰撞的兩種汽車(chē)碰撞的兩種研究手段：實(shí)驗(yàn)研究手段：實(shí)驗(yàn)和有限元仿真和有限元仿真第17頁(yè)/共60頁(yè)汽車(chē)碰撞有限元建模與仿真汽車(chē)碰撞有限元建模與仿真汽車(chē)正碰仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)汽車(chē)正碰仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比比 汽車(chē)側(cè)碰過(guò)程有限元分析與仿真汽車(chē)側(cè)碰過(guò)程有限元分析與仿真第18頁(yè)/共60頁(yè)汽車(chē)載荷工況復(fù)雜多樣，汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中一項(xiàng)重汽車(chē)載荷工況復(fù)雜多樣，汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中一項(xiàng)重要也是關(guān)鍵的前提條件就是要也是關(guān)鍵的前

14、提條件就是確定計(jì)算載荷。確定計(jì)算載荷。 1為了保證汽車(chē)結(jié)構(gòu)具有合理的強(qiáng)度與剛度，要為了保證汽車(chē)結(jié)構(gòu)具有合理的強(qiáng)度與剛度，要根據(jù)工程力學(xué)、汽車(chē)?yán)碚摰然A(chǔ)知識(shí)，根據(jù)工程力學(xué)、汽車(chē)?yán)碚摰然A(chǔ)知識(shí)，正確分正確分析汽車(chē)所受各種載荷，析汽車(chē)所受各種載荷，再運(yùn)用再運(yùn)用FEM的知識(shí)，對(duì)的知識(shí)，對(duì)汽車(chē)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算和評(píng)價(jià)。汽車(chē)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算和評(píng)價(jià)。 n建模和使用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的三點(diǎn)注意建模和使用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的三點(diǎn)注意第19頁(yè)/共60頁(yè)注意點(diǎn)注意點(diǎn)1 1：分析汽車(chē)結(jié)構(gòu)所受載荷要全面分析汽車(chē)結(jié)構(gòu)所受載荷要全面xyz四輪汽車(chē)模型四輪汽車(chē)模型汽車(chē)坐標(biāo)系汽車(chē)坐標(biāo)系C.G.C.G.Center of

15、Gravity第20頁(yè)/共60頁(yè)(1)(1)汽車(chē)彎曲情況汽車(chē)彎曲情況xyz由于部件質(zhì)量引起由于部件質(zhì)量引起的載荷，作用在垂的載荷，作用在垂直平面（直平面（x-zx-z）, ,載載荷沿汽車(chē)車(chē)架方向荷沿汽車(chē)車(chē)架方向分布，產(chǎn)生繞分布，產(chǎn)生繞y y軸軸的彎矩。的彎矩。Fz第21頁(yè)/共60頁(yè)（2 2）汽車(chē)扭轉(zhuǎn)情況）汽車(chē)扭轉(zhuǎn)情況xyz由于路面不平或不由于路面不平或不對(duì)稱(chēng)支承，使作用對(duì)稱(chēng)支承，使作用在同一車(chē)軸兩車(chē)輪在同一車(chē)軸兩車(chē)輪的沿的沿z z軸的力不等軸的力不等，必引起扭矩，必引起扭矩, ,使使汽車(chē)有繞縱向汽車(chē)有繞縱向x x軸軸轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。MXMx第22頁(yè)/共60頁(yè)（3 3）汽車(chē)彎扭組合情）汽

16、車(chē)彎扭組合情況況xyz實(shí)際上，由于重力實(shí)際上，由于重力始終存在，汽車(chē)必始終存在，汽車(chē)必受彎矩和扭矩，必受彎矩和扭矩，必須一起考慮！須一起考慮！FzMXMx第23頁(yè)/共60頁(yè)（4 4）汽車(chē)側(cè)向載荷情況）汽車(chē)側(cè)向載荷情況xyz這種情況發(fā)生在汽這種情況發(fā)生在汽車(chē)轉(zhuǎn)彎車(chē)轉(zhuǎn)彎( (離心力離心力) )或或汽車(chē)受橫風(fēng)或汽車(chē)汽車(chē)受橫風(fēng)或汽車(chē)滑向路牙時(shí)，即受滑向路牙時(shí)，即受y y軸載荷。軸載荷。Fy第24頁(yè)/共60頁(yè)（5-15-1）汽車(chē)縱向載荷）汽車(chē)縱向載荷加速情況加速情況( (后輪驅(qū)動(dòng)后輪驅(qū)動(dòng)) )xyztumddutudd加速時(shí)，產(chǎn)生縱向載荷加速時(shí)，產(chǎn)生縱向載荷( (沿沿x x軸軸) )，作用在輪胎與地面，

17、作用在輪胎與地面接觸點(diǎn)的牽引力和慣性力。接觸點(diǎn)的牽引力和慣性力。第25頁(yè)/共60頁(yè)（5-25-2）汽車(chē)縱向載荷）汽車(chē)縱向載荷制動(dòng)情況制動(dòng)情況xyz制動(dòng)時(shí)，也產(chǎn)生縱向載荷制動(dòng)時(shí)，也產(chǎn)生縱向載荷( (沿沿x x軸軸) )，作用在輪胎與地，作用在輪胎與地面接觸點(diǎn)的地面制動(dòng)力和慣性力。面接觸點(diǎn)的地面制動(dòng)力和慣性力。utuddtumdd第26頁(yè)/共60頁(yè)2 以汽車(chē)構(gòu)造、汽車(chē)設(shè)計(jì)、汽車(chē)制造工藝學(xué)以及以汽車(chē)構(gòu)造、汽車(chē)設(shè)計(jì)、汽車(chē)制造工藝學(xué)以及相關(guān)汽車(chē)設(shè)計(jì)規(guī)范為指導(dǎo)，建立汽車(chē)結(jié)構(gòu)件三相關(guān)汽車(chē)設(shè)計(jì)規(guī)范為指導(dǎo)，建立汽車(chē)結(jié)構(gòu)件三維數(shù)字化模型。維數(shù)字化模型。以以汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼為例，討論與有限元分析相關(guān)為例，討

18、論與有限元分析相關(guān)的三維建模中的注意點(diǎn)。的三維建模中的注意點(diǎn)。作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果的三維數(shù)字化模型作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成果的三維數(shù)字化模型與與有限元有限元分析中的幾何模型分析中的幾何模型兩者兩者側(cè)重點(diǎn)側(cè)重點(diǎn)不同，既有區(qū)別不同，既有區(qū)別，又有聯(lián)系。前者側(cè)重于可制造性，故每個(gè)細(xì)，又有聯(lián)系。前者側(cè)重于可制造性，故每個(gè)細(xì)節(jié)必須定義清楚，而后者側(cè)重于結(jié)構(gòu)力學(xué)特性節(jié)必須定義清楚，而后者側(cè)重于結(jié)構(gòu)力學(xué)特性，所關(guān)注的是對(duì)安全有影響的部位。，所關(guān)注的是對(duì)安全有影響的部位。第27頁(yè)/共60頁(yè)驅(qū)動(dòng)橋殼驅(qū)動(dòng)橋殼一般主要由一般主要由橋殼本體、半軸套管橋殼本體、半軸套管、后橋蓋總成、鋼板、后橋蓋總成、鋼板彈簧固定座總成、后彈簧固定座

19、總成、后制動(dòng)底板固定法蘭等制動(dòng)底板固定法蘭等組成。組成。橋殼本體橋殼本體半軸套管半軸套管半軸套管半軸套管后橋蓋總成后橋蓋總成鋼板彈簧固定座總成鋼板彈簧固定座總成后制動(dòng)底板固定法蘭后制動(dòng)底板固定法蘭后制動(dòng)底板固定法蘭后制動(dòng)底板固定法蘭第28頁(yè)/共60頁(yè)注意點(diǎn)注意點(diǎn)2：在在UG(或或Solidworks等等)軟件中軟件中按設(shè)計(jì)圖樣對(duì)橋殼進(jìn)行參數(shù)化建模時(shí)，按設(shè)計(jì)圖樣對(duì)橋殼進(jìn)行參數(shù)化建模時(shí)，模模型必須反映危險(xiǎn)部位應(yīng)力，即，有限元模型必須反映危險(xiǎn)部位應(yīng)力，即，有限元模型應(yīng)盡量保留原實(shí)體結(jié)構(gòu)的重要細(xì)節(jié)。但型應(yīng)盡量保留原實(shí)體結(jié)構(gòu)的重要細(xì)節(jié)。但為減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量，必須對(duì)非危險(xiǎn)部位的細(xì)為減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量，必須對(duì)非危險(xiǎn)部

20、位的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。 全浮式驅(qū)動(dòng)車(chē)橋結(jié)構(gòu)全浮式驅(qū)動(dòng)車(chē)橋結(jié)構(gòu)中，哪些部位是對(duì)汽中，哪些部位是對(duì)汽車(chē)的安全有直接影響車(chē)的安全有直接影響的危險(xiǎn)部位？的危險(xiǎn)部位？第29頁(yè)/共60頁(yè)具體簡(jiǎn)化方法是：具體簡(jiǎn)化方法是：1）保留危險(xiǎn)部位的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，如兩）保留危險(xiǎn)部位的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，如兩端的固定螺紋結(jié)構(gòu)，以及與錐軸承內(nèi)圈配合部位結(jié)構(gòu)端的固定螺紋結(jié)構(gòu)，以及與錐軸承內(nèi)圈配合部位結(jié)構(gòu)等。等。2）略去某些非感興趣區(qū)域的鑄造圓角，以倒斜角）略去某些非感興趣區(qū)域的鑄造圓角，以倒斜角取代倒圓角。取代倒圓角。3）略去非危險(xiǎn)部位結(jié)構(gòu)，如油管支架、）略去非危險(xiǎn)部位結(jié)構(gòu)，如油管支架、制動(dòng)底板固定法蘭等。制動(dòng)底板固定法蘭

21、等。4）忽略不重要區(qū)的小孔及小尺）忽略不重要區(qū)的小孔及小尺寸結(jié)構(gòu)，如通氣孔擋油罩、加油螺塞、放油螺塞以及寸結(jié)構(gòu)，如通氣孔擋油罩、加油螺塞、放油螺塞以及各處螺紋孔。各處螺紋孔。第30頁(yè)/共60頁(yè)將合理簡(jiǎn)化后的將合理簡(jiǎn)化后的3D實(shí)體模型導(dǎo)入實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYSWorkbench進(jìn)行有限元分析。進(jìn)行有限元分析。第31頁(yè)/共60頁(yè)3 汽車(chē)零件數(shù)以萬(wàn)計(jì)，其幾何形狀各異，支承和汽車(chē)零件數(shù)以萬(wàn)計(jì)，其幾何形狀各異，支承和連接形式多樣，載荷及其傳遞復(fù)雜，無(wú)論是進(jìn)連接形式多樣，載荷及其傳遞復(fù)雜，無(wú)論是進(jìn)行靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)分析，建立有限元模型時(shí)頭緒行靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)分析，建立有限元模型時(shí)頭緒紛繁，怎樣才能使分析結(jié)果不停留

22、在紛繁，怎樣才能使分析結(jié)果不停留在“僅作為僅作為一種趨勢(shì)的判斷一種趨勢(shì)的判斷”這一水平上呢？或者說(shuō)，這一水平上呢？或者說(shuō)，怎怎樣實(shí)現(xiàn)精確化建模？樣實(shí)現(xiàn)精確化建模？注意點(diǎn)注意點(diǎn)3 3：從幾何模型從幾何模型力學(xué)模型力學(xué)模型計(jì)算模計(jì)算模型的型的提煉過(guò)程提煉過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)精確建模的目標(biāo)，必須中，要實(shí)現(xiàn)精確建模的目標(biāo)，必須確保確?！叭齻€(gè)一致三個(gè)一致”，即，幾何模型與原結(jié)構(gòu)一致，即，幾何模型與原結(jié)構(gòu)一致，施加載荷與實(shí)際情況一致，設(shè)置支承與實(shí)際邊，施加載荷與實(shí)際情況一致，設(shè)置支承與實(shí)際邊界條件一致，只有這樣才能將各種誤差減到最低界條件一致，只有這樣才能將各種誤差減到最低。第32頁(yè)/共60頁(yè)必須指出：要真正做

23、到精確建模，決非一日之必須指出：要真正做到精確建模，決非一日之功，沒(méi)有功，沒(méi)有汽車(chē)工程理論和實(shí)踐、有限元理論和汽車(chē)工程理論和實(shí)踐、有限元理論和實(shí)踐實(shí)踐兩個(gè)方面知識(shí)長(zhǎng)期兩個(gè)方面知識(shí)長(zhǎng)期積累、融合積累、融合是做不到的是做不到的！洞察洞察FEMFEM基本理論與通用有限元軟件內(nèi)在力學(xué)本基本理論與通用有限元軟件內(nèi)在力學(xué)本質(zhì)的一致性。質(zhì)的一致性。比如，使用比如，使用ANSYSANSYS求解薄板結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題時(shí)，求解薄板結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題時(shí)，前處理操作中前處理操作中element typeelement type有有 link,beam,pipe,solid,shelllink,beam,pipe,solid,sh

24、ell等選項(xiàng)。等選項(xiàng)。軟件使用中，從力學(xué)模型到計(jì)算模型提煉過(guò)程軟件使用中，從力學(xué)模型到計(jì)算模型提煉過(guò)程中，決策的正確性問(wèn)題作一闡述中，決策的正確性問(wèn)題作一闡述第33頁(yè)/共60頁(yè)SHELLSHELL單元中，仍有很多選項(xiàng)單元中，仍有很多選項(xiàng)路多歧而樹(shù)多枝，如路多歧而樹(shù)多枝，如何選擇？依據(jù)在哪何選擇？依據(jù)在哪？第34頁(yè)/共60頁(yè)在幫助中有不同（殼）單元的詳細(xì)描述（在幫助中有不同（殼）單元的詳細(xì)描述（Description）: 閱讀幫助后，再結(jié)合分析問(wèn)題的性質(zhì)作出選擇！閱讀幫助后，再結(jié)合分析問(wèn)題的性質(zhì)作出選擇！不同單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的自由度數(shù)，適應(yīng)條件（不同單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的自由度數(shù)，適應(yīng)條

25、件（是薄板？還是中板厚？是彈性分析？還是塑性分析？）是薄板？還是中板厚？是彈性分析？還是塑性分析？） 第35頁(yè)/共60頁(yè)進(jìn)一步思考進(jìn)一步思考 在進(jìn)行剛架的有限元分析時(shí)，在進(jìn)行剛架的有限元分析時(shí)，ANSYS軟件中，梁?jiǎn)卧浖校簡(jiǎn)卧心男╊?lèi)型？其適應(yīng)條件如何？有哪些類(lèi)型？其適應(yīng)條件如何？ 在有限單元法中，桁架采用桿單元離散，剛架采用梁?jiǎn)卧谟邢迒卧ㄖ?，桁架采用桿單元離散，剛架采用梁?jiǎn)卧x散。元離散。（第四章（第四章 桿系結(jié)構(gòu)有限元法）桿系結(jié)構(gòu)有限元法）第36頁(yè)/共60頁(yè)課堂小結(jié)課堂小結(jié)從從全面分析汽車(chē)所受載荷全面分析汽車(chē)所受載荷、有限元分析之三維模有限元分析之三維模型建立型建立和和有限元分析中

26、精確化建模有限元分析中精確化建模這三個(gè)方面討這三個(gè)方面討論了（結(jié)構(gòu)分析時(shí)）論了（結(jié)構(gòu)分析時(shí)）FEMFEM建模和使用通用軟件的建模和使用通用軟件的注意點(diǎn)。注意點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)代結(jié)合現(xiàn)代汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程和有限元分析在汽車(chē)工和有限元分析在汽車(chē)工程中的程中的應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例，闡述了有限元分析技術(shù)已融，闡述了有限元分析技術(shù)已融入計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)之中，在現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)與制入計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)之中，在現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中具有不可或缺的重要作用。造過(guò)程中具有不可或缺的重要作用。第37頁(yè)/共60頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 汽車(chē)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型汽車(chē)結(jié)構(gòu)計(jì)算模型本節(jié)教學(xué)內(nèi)容：制定有限元分析方案，汽車(chē)結(jié)構(gòu)件本節(jié)教學(xué)內(nèi)容：制定有限元分析

27、方案，汽車(chē)結(jié)構(gòu)件有限元分析計(jì)算模型的分類(lèi)及選用。有限元分析計(jì)算模型的分類(lèi)及選用。 教學(xué)要求：理解制定有限元分析方案的內(nèi)容要點(diǎn)、教學(xué)要求：理解制定有限元分析方案的內(nèi)容要點(diǎn)、方法步驟；初步掌握汽車(chē)結(jié)構(gòu)件有限元分析計(jì)算模方法步驟；初步掌握汽車(chē)結(jié)構(gòu)件有限元分析計(jì)算模型的分類(lèi)及選用。型的分類(lèi)及選用。 第38頁(yè)/共60頁(yè)9.2.1制定分析方案制定分析方案 接到汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析任務(wù)后，要嚴(yán)格審查分析對(duì)象的接到汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析任務(wù)后，要嚴(yán)格審查分析對(duì)象的原始數(shù)據(jù)（正、逆向設(shè)計(jì)的成果）和工作歷程，遵原始數(shù)據(jù)（正、逆向設(shè)計(jì)的成果）和工作歷程，遵循有限元分析技術(shù)的規(guī)律，掌握所用通用程序的特循有限元分析技術(shù)的規(guī)律，掌握所用通

28、用程序的特點(diǎn)，明確分析目標(biāo)，制定周密的分析方案和實(shí)施計(jì)點(diǎn)，明確分析目標(biāo)，制定周密的分析方案和實(shí)施計(jì)劃，包括模型簡(jiǎn)化和單元離散方案，載荷和約束施劃，包括模型簡(jiǎn)化和單元離散方案，載荷和約束施加方案等，盡量避免分析過(guò)程中的錯(cuò)誤和反復(fù)調(diào)試加方案等，盡量避免分析過(guò)程中的錯(cuò)誤和反復(fù)調(diào)試。好的方案是保證計(jì)算精度和計(jì)算效率的基礎(chǔ)。雖。好的方案是保證計(jì)算精度和計(jì)算效率的基礎(chǔ)。雖然在處理具體問(wèn)題時(shí)可能有不同的步驟，但然在處理具體問(wèn)題時(shí)可能有不同的步驟，但“心中心中有數(shù)有數(shù)”正是有經(jīng)驗(yàn)者的基本素質(zhì)，按照一定的工作正是有經(jīng)驗(yàn)者的基本素質(zhì)，按照一定的工作程序進(jìn)行，少走彎路。程序進(jìn)行，少走彎路。 第39頁(yè)/共60頁(yè)（1）

29、充分占有圖紙：充分占有分析對(duì)象的圖紙，了）充分占有圖紙：充分占有分析對(duì)象的圖紙，了解各種載荷工況及材料數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，明確分析任解各種載荷工況及材料數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，明確分析任務(wù)及目標(biāo)。務(wù)及目標(biāo)。 （2）明確分析類(lèi)型：是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)，是線性還是）明確分析類(lèi)型：是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)，是線性還是非線性，是否進(jìn)行優(yōu)化、疲勞、參數(shù)化分析，是否與非線性，是否進(jìn)行優(yōu)化、疲勞、參數(shù)化分析，是否與熱、流體等之間進(jìn)行耦合計(jì)算等。熱、流體等之間進(jìn)行耦合計(jì)算等。 （3）采用合理單位：準(zhǔn)備好分析原始數(shù)據(jù)、模型幾）采用合理單位：準(zhǔn)備好分析原始數(shù)據(jù)、模型幾何尺寸、材料屬性參數(shù)等的單位。注意使用國(guó)際單位何尺寸、材料屬性參數(shù)等的單位

30、。注意使用國(guó)際單位制單位。制單位。 第40頁(yè)/共60頁(yè)（4）確定模型范圍：要簡(jiǎn)化分析模型，是部分還是）確定模型范圍：要簡(jiǎn)化分析模型，是部分還是整體，有無(wú)對(duì)稱(chēng)性等。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，有針對(duì)性整體，有無(wú)對(duì)稱(chēng)性等。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，有針對(duì)性地創(chuàng)建模型，在桿、梁、板殼、三維實(shí)體模型中進(jìn)行地創(chuàng)建模型，在桿、梁、板殼、三維實(shí)體模型中進(jìn)行合理選擇，尤其是不要一切都用實(shí)體建模。合理選擇，尤其是不要一切都用實(shí)體建模。 （5）準(zhǔn)確劃分網(wǎng)格：要考慮包括單元選用、單元形）準(zhǔn)確劃分網(wǎng)格：要考慮包括單元選用、單元形狀、邊界條件和施加載荷的位置、分析問(wèn)題的性質(zhì)等狀、邊界條件和施加載荷的位置、分析問(wèn)題的性質(zhì)等因素。因素。 （

31、6）處理連接關(guān)系：確定零部件之間及各總成之間）處理連接關(guān)系：確定零部件之間及各總成之間的連接關(guān)系（剛接、鉸接、滑移接觸等）。連接關(guān)系的連接關(guān)系（剛接、鉸接、滑移接觸等）。連接關(guān)系處理好壞直接影響模型的構(gòu)造關(guān)系，也影響到模型的處理好壞直接影響模型的構(gòu)造關(guān)系，也影響到模型的精度。精度。 第41頁(yè)/共60頁(yè)（7）制定載荷工況：確認(rèn)每種工況的載荷類(lèi)型、大）制定載荷工況：確認(rèn)每種工況的載荷類(lèi)型、大小、施加位置和施加方式。小、施加位置和施加方式。 9.2.2汽車(chē)結(jié)構(gòu)件計(jì)算模型的分類(lèi)及選用汽車(chē)結(jié)構(gòu)件計(jì)算模型的分類(lèi)及選用 汽車(chē)是由成百上千個(gè)部件組成，這些結(jié)構(gòu)件和機(jī)械產(chǎn)汽車(chē)是由成百上千個(gè)部件組成，這些結(jié)構(gòu)件和機(jī)

32、械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件一樣，其形狀各式各樣，相應(yīng)的計(jì)算模型品的結(jié)構(gòu)件一樣，其形狀各式各樣，相應(yīng)的計(jì)算模型自然也有不同。按照汽車(chē)構(gòu)造及汽車(chē)結(jié)構(gòu)和行為特征自然也有不同。按照汽車(chē)構(gòu)造及汽車(chē)結(jié)構(gòu)和行為特征可以歸納為以下幾種計(jì)算模型：可以歸納為以下幾種計(jì)算模型： 第42頁(yè)/共60頁(yè)（1）平面結(jié)構(gòu)模型：全部由）平面結(jié)構(gòu)模型：全部由平面單元組成的計(jì)算模型，平面單元組成的計(jì)算模型，自然這是將汽車(chē)某些部件簡(jiǎn)自然這是將汽車(chē)某些部件簡(jiǎn)化的結(jié)果。如變速器中的齒化的結(jié)果。如變速器中的齒輪，其一個(gè)輪齒的應(yīng)力分析輪，其一個(gè)輪齒的應(yīng)力分析可簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題處理；發(fā)可簡(jiǎn)化為平面問(wèn)題處理；發(fā)動(dòng)機(jī)的連桿，其結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模動(dòng)機(jī)的連桿，其結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)模

33、型形狀基本上對(duì)稱(chēng)于中間擺型形狀基本上對(duì)稱(chēng)于中間擺動(dòng)平面，也可當(dāng)成平面問(wèn)題動(dòng)平面，也可當(dāng)成平面問(wèn)題來(lái)研究。來(lái)研究。 （2）空間結(jié)構(gòu)模型：全部由空間單元組成的模型，）空間結(jié)構(gòu)模型：全部由空間單元組成的模型，零部件三維特征明顯，可按空間問(wèn)題處理。如客車(chē)中零部件三維特征明顯，可按空間問(wèn)題處理。如客車(chē)中的連接球銷(xiāo)，其難點(diǎn)在于分布力是按正弦規(guī)律作用在的連接球銷(xiāo)，其難點(diǎn)在于分布力是按正弦規(guī)律作用在球面上的；轎車(chē)車(chē)輪鋼圈可按對(duì)稱(chēng)和反對(duì)稱(chēng)條件來(lái)簡(jiǎn)球面上的；轎車(chē)車(chē)輪鋼圈可按對(duì)稱(chēng)和反對(duì)稱(chēng)條件來(lái)簡(jiǎn)化處理；還有萬(wàn)向節(jié)叉、轉(zhuǎn)向節(jié)、車(chē)架等?；幚?；還有萬(wàn)向節(jié)叉、轉(zhuǎn)向節(jié)、車(chē)架等。 第43頁(yè)/共60頁(yè)（3）桿系結(jié)構(gòu)模型：全部由

34、桿單元、梁?jiǎn)卧M成的）桿系結(jié)構(gòu)模型：全部由桿單元、梁?jiǎn)卧M成的模型。如汽車(chē)起重機(jī)的臂架系統(tǒng)，承載式客車(chē)骨架，模型。如汽車(chē)起重機(jī)的臂架系統(tǒng)，承載式客車(chē)骨架，載貨汽車(chē)的車(chē)架等。載貨汽車(chē)的車(chē)架等。 （4）板殼結(jié)構(gòu)模型：全部由板殼單元組成的計(jì)算模）板殼結(jié)構(gòu)模型：全部由板殼單元組成的計(jì)算模型。如載貨汽車(chē)車(chē)架、貨箱、駕駛室，轎車(chē)車(chē)架、車(chē)型。如載貨汽車(chē)車(chē)架、貨箱、駕駛室，轎車(chē)車(chē)架、車(chē)身，汽車(chē)的后橋殼，齒輪箱箱體等，它們都是用板焊身，汽車(chē)的后橋殼，齒輪箱箱體等，它們都是用板焊接或鉚接而成的。接或鉚接而成的。 第44頁(yè)/共60頁(yè)（5）組合結(jié)構(gòu)模型：主要有梁?jiǎn)卧?、板單元及?shí)體）組合結(jié)構(gòu)模型：主要有梁?jiǎn)卧?、板單元?/p>

35、實(shí)體單元混合組成，形成板梁結(jié)構(gòu)、實(shí)體與梁組合結(jié)構(gòu)。單元混合組成，形成板梁結(jié)構(gòu)、實(shí)體與梁組合結(jié)構(gòu)。如推土機(jī)的推土裝置，客車(chē)車(chē)架、轎車(chē)車(chē)身等。如推土機(jī)的推土裝置，客車(chē)車(chē)架、轎車(chē)車(chē)身等。 其它還有與各種專(zhuān)用單元的組合方式，如質(zhì)量單元、其它還有與各種專(zhuān)用單元的組合方式，如質(zhì)量單元、彈簧單元和剛性單元等。不同的結(jié)構(gòu)需要不同的計(jì)算彈簧單元和剛性單元等。不同的結(jié)構(gòu)需要不同的計(jì)算模型，不同的分析求解需要不同的計(jì)算模型，不同的模型，不同的分析求解需要不同的計(jì)算模型，不同的分析階段可能也需要不同的模型，很難用一種模型完分析階段可能也需要不同的模型，很難用一種模型完成所有分析，其中最主要的問(wèn)題就是汽車(chē)不同結(jié)構(gòu)件成所

36、有分析，其中最主要的問(wèn)題就是汽車(chē)不同結(jié)構(gòu)件的力學(xué)特性相差很大。因此為了進(jìn)行有限元分析，在的力學(xué)特性相差很大。因此為了進(jìn)行有限元分析，在選擇建立汽車(chē)結(jié)構(gòu)件計(jì)算模型時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步考慮下面選擇建立汽車(chē)結(jié)構(gòu)件計(jì)算模型時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步考慮下面幾個(gè)問(wèn)題：幾個(gè)問(wèn)題： 第45頁(yè)/共60頁(yè)按照結(jié)構(gòu)的受力特征和構(gòu)造特點(diǎn)：按照結(jié)構(gòu)的受力特征和構(gòu)造特點(diǎn)： 如客車(chē)車(chē)身骨架是由梁組成的空間剛架系統(tǒng)，根據(jù)其如客車(chē)車(chē)身骨架是由梁組成的空間剛架系統(tǒng)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總是選用桿系結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。但懸架處底結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，總是選用桿系結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。但懸架處底架縱梁剛性很大，且連接復(fù)雜，可以采用板單元或?qū)嵓芸v梁剛性很大，且連接復(fù)雜，可以采用板單元

37、或?qū)嶓w單元模型，這樣就形成了板梁組合結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)行體單元模型，這樣就形成了板梁組合結(jié)構(gòu)。為了進(jìn)行車(chē)身計(jì)算，還要在鋼板彈簧或空氣氣囊懸掛處，采用車(chē)身計(jì)算，還要在鋼板彈簧或空氣氣囊懸掛處，采用梁?jiǎn)卧蛷椈稍鳛橹С心Ｐ?。?dāng)隔離出一個(gè)零部件梁?jiǎn)卧蛷椈稍鳛橹С心Ｐ?。?dāng)隔離出一個(gè)零部件進(jìn)行分析時(shí)，通常采用適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件來(lái)考慮周?chē)Y(jié)進(jìn)行分析時(shí)，通常采用適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件來(lái)考慮周?chē)Y(jié)構(gòu)的影響。如果邊界條件不合理，計(jì)算結(jié)果可能誤差構(gòu)的影響。如果邊界條件不合理，計(jì)算結(jié)果可能誤差很大，這是所有零部件分析中都會(huì)遇到的問(wèn)題。實(shí)際很大，這是所有零部件分析中都會(huì)遇到的問(wèn)題。實(shí)際應(yīng)用中還常常要求對(duì)幾個(gè)部件組合進(jìn)行有限元分析

38、。應(yīng)用中還常常要求對(duì)幾個(gè)部件組合進(jìn)行有限元分析。這些都涉及到結(jié)構(gòu)邊界之間的相互影響，需要采用專(zhuān)這些都涉及到結(jié)構(gòu)邊界之間的相互影響，需要采用專(zhuān)用單元模型。用單元模型。 第46頁(yè)/共60頁(yè)按照分析類(lèi)型不同：與靜力分析不同，動(dòng)力分析更按照分析類(lèi)型不同：與靜力分析不同，動(dòng)力分析更多地建立質(zhì)點(diǎn)、彈簧、梁等單元組成的模型，采用相多地建立質(zhì)點(diǎn)、彈簧、梁等單元組成的模型，采用相對(duì)較粗糙的單元網(wǎng)格。一般情況下，動(dòng)力分析的計(jì)算對(duì)較粗糙的單元網(wǎng)格。一般情況下，動(dòng)力分析的計(jì)算模型要盡可能簡(jiǎn)單。如客車(chē)骨架、載貨汽車(chē)車(chē)架、駕模型要盡可能簡(jiǎn)單。如客車(chē)骨架、載貨汽車(chē)車(chē)架、駕駛室的動(dòng)態(tài)計(jì)算都可采用空間剛架模型。駛室的動(dòng)態(tài)計(jì)算都

39、可采用空間剛架模型。 按照計(jì)算精度的要求：在設(shè)計(jì)初期方案選擇階段，按照計(jì)算精度的要求：在設(shè)計(jì)初期方案選擇階段，可選取較簡(jiǎn)單、近似程度大的模型；而在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)后可選取較簡(jiǎn)單、近似程度大的模型；而在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)后期，要查明結(jié)構(gòu)細(xì)部應(yīng)力和變形，則需要選取較精確期，要查明結(jié)構(gòu)細(xì)部應(yīng)力和變形，則需要選取較精確的模型。如車(chē)架、駕駛室等，可將其先簡(jiǎn)化為空間剛的模型。如車(chē)架、駕駛室等，可將其先簡(jiǎn)化為空間剛架進(jìn)行分析，但在最后校核時(shí)，則可以采用全板單元架進(jìn)行分析，但在最后校核時(shí)，則可以采用全板單元，演算各連接處的局部強(qiáng)度等。，演算各連接處的局部強(qiáng)度等。 第47頁(yè)/共60頁(yè)按照計(jì)算機(jī)容量及經(jīng)費(fèi)的限制：按照計(jì)算機(jī)容量及經(jīng)

40、費(fèi)的限制： 對(duì)于大型模型，可以分成幾個(gè)部件分別建模，充分對(duì)于大型模型，可以分成幾個(gè)部件分別建模，充分利用組裝合并技術(shù)、子結(jié)構(gòu)技術(shù)、超單元技術(shù)等程序利用組裝合并技術(shù)、子結(jié)構(gòu)技術(shù)、超單元技術(shù)等程序功能。如對(duì)轎車(chē)車(chē)身或整車(chē)模型做靜動(dòng)態(tài)計(jì)算或碰撞功能。如對(duì)轎車(chē)車(chē)身或整車(chē)模型做靜動(dòng)態(tài)計(jì)算或碰撞仿真時(shí)，其模型規(guī)模一般較大，建模工作就需要分組仿真時(shí)，其模型規(guī)模一般較大，建模工作就需要分組進(jìn)行，按主要結(jié)構(gòu)件劃分為若干個(gè)部件組。模型要突進(jìn)行，按主要結(jié)構(gòu)件劃分為若干個(gè)部件組。模型要突出重點(diǎn)，保證分析重點(diǎn)部位的質(zhì)量?？梢酝ㄟ^(guò)首先分出重點(diǎn)，保證分析重點(diǎn)部位的質(zhì)量?？梢酝ㄟ^(guò)首先分析一個(gè)簡(jiǎn)化模型來(lái)了解分析過(guò)程，理解結(jié)構(gòu)特

41、性。這析一個(gè)簡(jiǎn)化模型來(lái)了解分析過(guò)程，理解結(jié)構(gòu)特性。這類(lèi)模型建立涉及較多技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，需要不斷學(xué)習(xí)和深類(lèi)模型建立涉及較多技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，需要不斷學(xué)習(xí)和深造。造。 同樣是車(chē)架，梁模型要比板模型花費(fèi)少得多。同樣是車(chē)架，梁模型要比板模型花費(fèi)少得多。 第48頁(yè)/共60頁(yè)建模工作是一個(gè)分析矛盾，解決矛盾的過(guò)程，歸結(jié)起建模工作是一個(gè)分析矛盾，解決矛盾的過(guò)程，歸結(jié)起來(lái)建立有限元計(jì)算模型有兩項(xiàng)原則：來(lái)建立有限元計(jì)算模型有兩項(xiàng)原則： （1）從實(shí)際出發(fā)）從實(shí)際出發(fā)模型要反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要性能模型要反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的主要性能； （2）分清主次，略去細(xì)節(jié)）分清主次，略去細(xì)節(jié)模型要便于計(jì)算。模型要便于計(jì)算。 第49頁(yè)/共60頁(yè)第三

42、節(jié)第三節(jié) 載荷與邊界約束條件的處理載荷與邊界約束條件的處理本節(jié)教學(xué)內(nèi)容：載荷分類(lèi)；約束與連接。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容：載荷分類(lèi)；約束與連接。 教學(xué)要求：結(jié)合工程實(shí)際理解載荷分類(lèi)；初步掌握教學(xué)要求：結(jié)合工程實(shí)際理解載荷分類(lèi)；初步掌握有限元分析中載荷、約束的添加；實(shí)際問(wèn)題有限元有限元分析中載荷、約束的添加；實(shí)際問(wèn)題有限元分析中，能結(jié)合問(wèn)題特點(diǎn)，在程序中正確處理常用分析中，能結(jié)合問(wèn)題特點(diǎn)，在程序中正確處理常用連接。連接。 第50頁(yè)/共60頁(yè)9.3.1載荷分類(lèi)及其它載荷分類(lèi)及其它 在有限元分析中，載荷可分為以下幾種：在有限元分析中，載荷可分為以下幾種： （1）集中載荷：包括力和力矩，具有方向和大小。）集中載荷：

43、包括力和力矩，具有方向和大小。一般當(dāng)載荷作用在結(jié)構(gòu)上的區(qū)域很小時(shí)，可處理成一般當(dāng)載荷作用在結(jié)構(gòu)上的區(qū)域很小時(shí)，可處理成集中載荷，但集中載荷作用點(diǎn)附近，可能存在應(yīng)力集中載荷，但集中載荷作用點(diǎn)附近，可能存在應(yīng)力失真。有時(shí)為簡(jiǎn)化計(jì)算，也將某些外力處理成集中失真。有時(shí)為簡(jiǎn)化計(jì)算，也將某些外力處理成集中載荷，如車(chē)架分析中，發(fā)動(dòng)機(jī)的重量就是以集中載載荷，如車(chē)架分析中，發(fā)動(dòng)機(jī)的重量就是以集中載荷的方式處理的。荷的方式處理的。 第51頁(yè)/共60頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 載荷與邊界約束條件的處理載荷與邊界約束條件的處理9.3.1載荷分類(lèi)及其它載荷分類(lèi)及其它 （2）分布載荷：施加于面上，分布于空間、由物體）分布載荷：施加于

44、面上，分布于空間、由物體慣性引起的載荷，都可以看作是分布載荷。在結(jié)構(gòu)慣性引起的載荷，都可以看作是分布載荷。在結(jié)構(gòu)分析中，分布載荷常指線壓力、面壓力、風(fēng)壓力、分析中，分布載荷常指線壓力、面壓力、風(fēng)壓力、自重以及由質(zhì)量引起的慣性力等。自重以及由質(zhì)量引起的慣性力等。 第52頁(yè)/共60頁(yè)9.3.1載荷分類(lèi)及其它載荷分類(lèi)及其它 汽車(chē)結(jié)構(gòu)構(gòu)件上承受的載荷，隨著行駛路面、行駛汽車(chē)結(jié)構(gòu)構(gòu)件上承受的載荷，隨著行駛路面、行駛速度、裝載條件、操作條件等有很大的變化，其大速度、裝載條件、操作條件等有很大的變化，其大小也多是變化的。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，零部件一般小也多是變化的。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，零部件一般承受動(dòng)載荷的作用

45、，而且由于路面不平的激勵(lì)所產(chǎn)承受動(dòng)載荷的作用，而且由于路面不平的激勵(lì)所產(chǎn)生的往往是隨機(jī)載荷。在進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)生的往往是隨機(jī)載荷。在進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，應(yīng)以零部件所承受的動(dòng)載荷或由動(dòng)載荷按一定方法編以零部件所承受的動(dòng)載荷或由動(dòng)載荷按一定方法編制的載荷譜為基礎(chǔ)。另外，汽車(chē)在動(dòng)載荷作用下，制的載荷譜為基礎(chǔ)。另外，汽車(chē)在動(dòng)載荷作用下，往往要發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，這就需要同時(shí)研究汽車(chē)的振往往要發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，這就需要同時(shí)研究汽車(chē)的振動(dòng)問(wèn)題。在動(dòng)載荷作用下的結(jié)構(gòu)分析方法完全不同動(dòng)問(wèn)題。在動(dòng)載荷作用下的結(jié)構(gòu)分析方法完全不同于靜載荷作用下的分析方法。有限元中處理動(dòng)載荷于靜載荷作用下的分析方法。有限元中處理動(dòng)載荷

46、是按照時(shí)間歷程順序逐步求解在時(shí)間歷程載荷作用是按照時(shí)間歷程順序逐步求解在時(shí)間歷程載荷作用下的系統(tǒng)響應(yīng)，即將載荷劃分成多個(gè)載荷步以反映下的系統(tǒng)響應(yīng)，即將載荷劃分成多個(gè)載荷步以反映載荷隨時(shí)間變化關(guān)系，迭代求解。載荷隨時(shí)間變化關(guān)系，迭代求解。 第53頁(yè)/共60頁(yè)9.3.1載荷分類(lèi)及其它載荷分類(lèi)及其它 在汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中，還要考慮計(jì)算載荷組合問(wèn)題、在汽車(chē)結(jié)構(gòu)分析中，還要考慮計(jì)算載荷組合問(wèn)題、多種計(jì)算工況問(wèn)題，明確汽車(chē)在運(yùn)行中主要受力零多種計(jì)算工況問(wèn)題，明確汽車(chē)在運(yùn)行中主要受力零部件所承受的各種載荷及其組合原則。部件所承受的各種載荷及其組合原則。 有限元分析中，載荷施加的途徑有以下兩種有限元分析中，載荷施加的途徑有以下兩種: (1)在實(shí)體模型上施加載荷：按集中載荷、分布載荷在實(shí)體模型上施加載荷：按集中載荷、分布載荷施加于所建模型上，程序求解時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)換到有限施加于所建模型上，程序求解時(shí)將自動(dòng)轉(zhuǎn)換到有限元模型上。元模型上。 (2)在有限元模型上施加載荷：將載荷直接施加到節(jié)在有限元模型上施加載荷：將載荷直接施加到節(jié)點(diǎn)上，這也是有限元分析的最終載荷施加狀態(tài)。點(diǎn)上，這也是有限元分析的最終載荷施加狀態(tài)。 第54頁(yè)/共60頁(yè)9.3.2約束與連接約束與連接 汽車(chē)各零部件之間存在多種多樣的聯(lián)系，汽車(chē)結(jié)構(gòu)必汽車(chē)各零部件之間存在多種多樣的聯(lián)系，汽車(chē)結(jié)構(gòu)必須支承在某一基礎(chǔ)或其它結(jié)構(gòu)上，對(duì)各種聯(lián)系進(jìn)行合須