《基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析》全套教學(xué)課件

第一章：緒論《基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析

》01第1章緒論.pptx02第2章CAE分析基礎(chǔ).pptx03第3章基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)CAE分析.pptx04第4章車輛結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析.pptx05第5章車輛結(jié)構(gòu)模態(tài)分析.pptx06第6章車輛結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析.pptx07第7章?車輛結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析.pptx08第8章車輛碰撞安全分析.pptx09第9章展望.pptx全套可編輯PPT課件1.1?數(shù)值分析方法數(shù)值分析是研究連續(xù)問(wèn)題的算法的科學(xué)，其發(fā)展歷史可以追溯到古代數(shù)學(xué)家對(duì)數(shù)值計(jì)算和近似解的探索。從古代巴比倫和埃及的數(shù)學(xué)家開(kāi)始，人們就開(kāi)始嘗試使用數(shù)值方法解決實(shí)際問(wèn)題。公元前3世紀(jì)，歐幾里得在其著作《幾何原本》中介紹了一種求解線性方程組的方法，即今天我們所說(shuō)的“歐幾里得算法”。阿基米德使用逼近法計(jì)算圓周率，他通過(guò)內(nèi)接和外切正多邊形來(lái)逼近圓的面積，從而得到圓周率的上下界。在中國(guó)古代，數(shù)學(xué)家們也對(duì)數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了探索。3世紀(jì)中期，魏晉時(shí)期的數(shù)學(xué)家劉徽首創(chuàng)割圓術(shù)，為計(jì)算圓周率建立了嚴(yán)密的理論和完善的算法，所謂割圓術(shù)，就是不斷倍增圓內(nèi)接正多邊形的邊數(shù)求出圓周率的方法。割圓術(shù)全套可編輯PPT課件1.1?數(shù)值分析的典型應(yīng)用氣象學(xué)其他應(yīng)用計(jì)算金融大多數(shù)大氣模型采用數(shù)值分析方法，即離散化運(yùn)動(dòng)方程。計(jì)算金融：高度多樣化的投資策略蘊(yùn)含的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與表征依賴復(fù)雜的數(shù)學(xué)與計(jì)算模型。計(jì)算生物學(xué)、城市復(fù)雜系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等。全套可編輯PPT課件1.2?有限元方法概述1.2.1?有限元誕生及發(fā)展有限元法是最重要的工程分析技術(shù)之一。它廣泛應(yīng)用于彈塑性力學(xué)、斷裂力學(xué)、流體力學(xué)、熱傳導(dǎo)等領(lǐng)域。1大約300年前牛頓和萊布尼茨發(fā)明了積分法，證明了該運(yùn)算具有整體對(duì)局部的可加性。2牛頓之后約100年著名數(shù)學(xué)家高斯提出了加權(quán)余值法及線性代數(shù)方程組的解法。318世紀(jì)另一位數(shù)學(xué)家拉格朗日提出泛函分析。419世紀(jì)末20世紀(jì)初數(shù)學(xué)家瑞利和里茲（RayleighRitz）首先提出可對(duì)全定義域運(yùn)用展開(kāi)函數(shù)來(lái)表達(dá)其上的未知函數(shù)。51915年數(shù)學(xué)家伽遼金（Galerkin）提出了選擇展開(kāi)函數(shù)中形函數(shù)的伽遼金法，該方法被廣泛地用于有限元。61956年波音公司的Turner，Clough，Martin和Topp在分析飛機(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)系統(tǒng)研究了離散桿、梁、三角形的單元?jiǎng)偠缺磉_(dá)式。發(fā)

展

歷

程發(fā)

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程20世紀(jì)60年代初我國(guó)的老一輩計(jì)算科學(xué)家開(kāi)始將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在土木、建筑和機(jī)械工程等領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)黃玉珊教授就提出了“小展弦比機(jī)翼薄壁結(jié)構(gòu)的直接設(shè)計(jì)法”和“力法－應(yīng)力設(shè)計(jì)法”70年代20XX錢令希教授進(jìn)一步提出結(jié)構(gòu)力學(xué)中的最優(yōu)化設(shè)計(jì)理論與方法的現(xiàn)代發(fā)展。崔俊芝院士開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)平面問(wèn)題通用程序，成功應(yīng)用于解決劉家峽大壩復(fù)雜的應(yīng)力分析問(wèn)題。1.2?有限元方法概述1.2.2?有限元的基本思想有限元法也叫有限單元法（FiniteElementMethod，F(xiàn)EM）。有限元法中的相鄰的小區(qū)域通過(guò)邊界上的節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)，可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的插值函數(shù)描述每個(gè)小區(qū)域內(nèi)的變形和應(yīng)力，非節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力或者變形是通過(guò)函數(shù)插值獲得的。換句話說(shuō)，有限元法并不計(jì)算區(qū)域內(nèi)任意一點(diǎn)的變形或者應(yīng)力。1.2.3?有限元應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)有限元法在工程中的應(yīng)用廣泛而深入，特別是在結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域，它已經(jīng)成為一種不可或缺的工具。從結(jié)構(gòu)形狀的最優(yōu)化到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析，再到振動(dòng)的分析，有限元法為工程師們提供了強(qiáng)大的支持，幫助他們解決了一系列復(fù)雜的工程問(wèn)題。1.3?CAE商業(yè)軟件的發(fā)展主要發(fā)展歷程01020304051969年JohnSwanson博士創(chuàng)立SASI公司，發(fā)布商業(yè)軟件ANSYS。1966年美國(guó)航空航天局（NASA）提出了Nastran（NASA結(jié)構(gòu)分析程序）。1978年HKS公司推出Abaqus商業(yè)軟件1977年MechanicalDynamicsInc.(MDI)公司發(fā)展ADAMS軟件。1988年LSTC公司發(fā)布商業(yè)化版本LS-DYNA1.3?CAE商業(yè)軟件的發(fā)展如今在全球范圍內(nèi)，CAE軟件市場(chǎng)主要由幾家知名的大型跨國(guó)公司如ANSYS、DassaultSystèmes、SiemensPLMSoftware和AltairEngineering等主導(dǎo)。在市場(chǎng)中占有一定份額的還有如前后處理軟件ANSA、Truegrid，流體仿真軟件Fluent、CFX、Phoenics、NUMECA、Star-CD，鑄造仿真軟件ProCAST、FLOW-3D、MAGMASOFT等一批專業(yè)CAE分析軟件。國(guó)際趨勢(shì)近幾年，我國(guó)在CAE軟件領(lǐng)域已經(jīng)取得了顯著的發(fā)展，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了一批具有競(jìng)爭(zhēng)力的軟件企業(yè)，如邁曦軟件、云道制造、英特仿真、安世亞太等，在汽車、航空航天、船舶、電子等工業(yè)設(shè)計(jì)與分析領(lǐng)域開(kāi)始應(yīng)用。國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀1.4?汽車CAE技術(shù)發(fā)展概述汽車結(jié)構(gòu)性能分析CAE軟件在現(xiàn)代汽車創(chuàng)新與優(yōu)化設(shè)計(jì)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用?！痘贛xSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析》針對(duì)車輛工程領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題，提供了大量實(shí)用性強(qiáng)的實(shí)例，涵蓋了傳統(tǒng)汽車行業(yè)和新能源汽車行業(yè)。讀者通過(guò)本書(shū)可以獲得對(duì)CAE技術(shù)的理論和MxSim軟件的使用技巧的基本了解，從而快速掌握車輛研發(fā)設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的仿真分析關(guān)鍵技術(shù)。02第二章：CAE分析基礎(chǔ)《基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析

》本章導(dǎo)讀

有限元理論是有限元分析的基礎(chǔ)。只有在掌握了有限元分析基本原理的基礎(chǔ)上，才能真正理解有限元方法的本質(zhì)。

本章介紹了與內(nèi)容相關(guān)的有限元理論知識(shí)，對(duì)后面的分析進(jìn)行指導(dǎo)。通過(guò)MxSim建立有限元模型，并進(jìn)行求解和分析，可以幫助用戶快速掌握MxSim軟件的使用方法。

同時(shí)，讀者結(jié)合有限元理論知識(shí)可以加深對(duì)有限元法的理解，提高分析結(jié)果的可靠性。

預(yù)覽效果本章從3個(gè)方面介紹CAE分析相關(guān)的理論知識(shí)與軟件。2.1?有限元分析基礎(chǔ)2.1.1?彈性力學(xué)的基本方程和變分原理

在有限元法中經(jīng)常會(huì)用到彈性力學(xué)的基本方程和與之等效的變分原理，現(xiàn)將它們連同相應(yīng)的矩陣表達(dá)形式和張量表達(dá)形式引述于后。

1.彈性力學(xué)基本方程的矩陣形式（1）

在載荷作用下，彈性體內(nèi)任意一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可由6個(gè)應(yīng)力分量σx,σy,σz,τxy,τyz,τzx來(lái)表示。其中，σx,σy,σz為正應(yīng)力；τxy,τyz,τzx為剪應(yīng)力。（3）彈性體內(nèi)任意一點(diǎn)的應(yīng)變都可以由6個(gè)應(yīng)變分量εx,εy,εz,γxy,γyz,γzx來(lái)表示。其中，εx,εy,εz

為正應(yīng)變；γxy,γyz,γzx為剪應(yīng)變。（2）彈性體內(nèi)任意一點(diǎn)的位移都可由沿直角坐標(biāo)軸方向的3個(gè)位移分量u,v,w來(lái)表示。2.1?有限元分析基礎(chǔ)2.1.1?彈性力學(xué)的基本方程和變分原理

彈性力學(xué)基本方程亦可用笛卡兒張量符彈性力學(xué)基本方程亦可用笛卡兒張量符號(hào)來(lái)表示，使用附標(biāo)求和的約定可以得到十分簡(jiǎn)練的方程表達(dá)形式。

在直角坐標(biāo)系x1,x2,x3中，應(yīng)力張量和應(yīng)變張量都是對(duì)稱的二階張量，分別用σ和ε表示，且有σij=σji和εij=εji。其他位移張量、體積力張量、面積力張量等都是一階張量，用u,f,T等表示。02030405彈性力學(xué)基本方程的張量形式力的邊界條件位移邊界條件應(yīng)變能和余能單位體積應(yīng)變能:單位體積余能:2.1?有限元分析基礎(chǔ)2.1.2?彈性力學(xué)平面問(wèn)題的有限元格式

3節(jié)點(diǎn)三角形單元是有限元法中最早提出的并且至今仍廣泛應(yīng)用的單元，由于三角形單元對(duì)復(fù)雜邊界有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，因此很容易將一個(gè)二維域離散成有限個(gè)三角形單元。在邊界上以若干段直線近似原來(lái)的曲線邊界，隨著單元增多，這種擬合將趨于精確。本將以平面問(wèn)題3節(jié)點(diǎn)三角形單元為例來(lái)闡明彈性力學(xué)平面問(wèn)題有限元分析的表達(dá)格式和一般步驟。1.單元位移模式及插值函數(shù)的構(gòu)造在有限元法中單元的位移模式（有時(shí)稱為位移函數(shù)）一般采用多項(xiàng)式作為近似函數(shù)，因?yàn)槎囗?xiàng)式運(yùn)算簡(jiǎn)便，并且隨著項(xiàng)數(shù)的增多可以逼近任何一段光滑的函數(shù)曲線。多項(xiàng)式的選取應(yīng)由低次到高次。確定了單元位移后，可以很方便地利用幾何方程和物理方程求得單元的應(yīng)變和應(yīng)力。對(duì)于現(xiàn)在的單元，插值函數(shù)是線性的，單元內(nèi)部及單元邊界上的位移也是線性的，可由節(jié)點(diǎn)上的位移值唯一地確定。相鄰單元公共節(jié)點(diǎn)的位移是相等的，這保證了相鄰單元在公共邊界上位移的連續(xù)性。1）單元的位移模式和廣義坐標(biāo)2）位移插值函數(shù)3）應(yīng)變矩陣和應(yīng)力矩陣2.1?有限元分析基礎(chǔ)2.1.2?彈性力學(xué)平面問(wèn)題的有限元格式2.利用最小位能原理建立有限元方程0102在具體計(jì)算時(shí)涉及單元?jiǎng)偠染仃嚨男纬?、單元等效?jié)點(diǎn)載荷列陣的形成，等問(wèn)題。這些將在后面進(jìn)行討論。

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節(jié)點(diǎn)三角形單元的應(yīng)變矩陣：：應(yīng)力矩陣：2.1?有限元分析基礎(chǔ)2.1.3?單元?jiǎng)偠染仃囉捎趯?duì)于3節(jié)點(diǎn)三角形單元，應(yīng)變矩陣B是常量陣，因此根據(jù)式（2-78）定義的單元?jiǎng)偠染仃嚍闉榱诉M(jìn)一步理解單元?jiǎng)偠染仃嚨牧W(xué)意義，可以利用最小位能原理建立一個(gè)單元的求解方程，從而得到01單元?jiǎng)偠染仃嚨男纬?2單元?jiǎng)偠染仃嚨牧W(xué)意義和性質(zhì)單元?jiǎng)偠染仃囀菍?duì)稱矩陣式中，Pe為單元等效節(jié)點(diǎn)載荷；Fe為其他相鄰單元對(duì)該單元的作用力；Pe和Fe統(tǒng)稱節(jié)點(diǎn)力2.1?有限元分析基礎(chǔ)2.1.4?隱式求解與顯式求解

在力學(xué)分析中常用的求解方式有兩種：顯式（Explicit）和隱式（Implicit）。

隱式有限元與顯式有限元最大的區(qū)別在于是否迭代，所有物理量是否在同一時(shí)刻獲得。

通過(guò)迭代求解平衡方程（位移、速度和加速度），不管是用隱式方法，還是用顯式方法（前向或后向歐拉求解方法）求解本構(gòu)方程（應(yīng)力和應(yīng)變），都叫作隱式有限元。

用顯式方法—時(shí)間積分求解本構(gòu)方程叫作顯式有限元。力學(xué)分析的常用方法適用場(chǎng)景優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)顯式求解處理時(shí)間跨度大、需要集合整體剛度矩陣的問(wèn)題或者對(duì)線性方程組求解，但存在收斂性的問(wèn)題在計(jì)算效率方面具有優(yōu)勢(shì)在動(dòng)力學(xué)分析中，需要取很短的時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)捕捉瞬時(shí)響應(yīng)。隱式求解動(dòng)力學(xué)分析，特別是對(duì)于響應(yīng)時(shí)間很短的問(wèn)題該方法在時(shí)間上分別對(duì)單個(gè)單元進(jìn)行連續(xù)分析，因此時(shí)間步驟可以取得非常小，容易編寫(xiě)程序進(jìn)行并行分布式計(jì)算——2.2?CAE分析2.2.1?CAE分析的要點(diǎn)和特點(diǎn)1.特點(diǎn)

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，產(chǎn)品更新周期越來(lái)越短，企業(yè)對(duì)新技術(shù)的需求更加迫切。有限元數(shù)基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析數(shù)值模擬技術(shù)是提升產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展，有限元法在工程設(shè)計(jì)和科研領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，成為解決復(fù)雜工程分析計(jì)算問(wèn)題的有效途徑。從汽車到航天飛機(jī)幾乎所有設(shè)計(jì)制造都會(huì)使用有限元法，其在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛使用使產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍。2.2?CAE分析2.2.1?CAE分析的要點(diǎn)和特點(diǎn)2.1工程師進(jìn)行CAE分析的基本流程（1）幾何建模：根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，使用CAD軟件創(chuàng)建零件或裝配體的三維幾何模型。（2）模型簡(jiǎn)化：對(duì)幾何模型進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，去除對(duì)分析結(jié)果影響較小的細(xì)節(jié)，如小孔、倒角等，以降低計(jì)算成本。（3）材料屬性定義：根據(jù)零件的材料類型，定義材料的物理屬性，如彈性模量、泊松比、密度等。（4）網(wǎng)格剖分：將簡(jiǎn)化后的幾何模型剖分為有限個(gè)離散的單元，形成有限元網(wǎng)格。網(wǎng)格質(zhì)量對(duì)計(jì)算精度和效率有重要影響。（5）邊界條件施加：根據(jù)實(shí)際工況，對(duì)模型施加載荷和約束條件，如力、壓力、位移、固定支撐等。（6）求解設(shè)置：選擇合適的求解器（如靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱分析等），設(shè)置求解器參數(shù)，如收斂條件、迭代次數(shù)等。（7）求解計(jì)算：提交模型進(jìn)行求解計(jì)算。求解器根據(jù)網(wǎng)格、材料屬性、邊界條件等信息，計(jì)算單元的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等。（8）后處理分析：對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行可視化處理并對(duì)其進(jìn)行分析，如生成應(yīng)力云圖、變形圖等，評(píng)估產(chǎn)品的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等。（9）結(jié)果驗(yàn)證：將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證分析的準(zhǔn)確性和可靠性。2.2?CAE分析2.2.2?CAE分析的計(jì)算精度CAE分析的計(jì)算精度是評(píng)估數(shù)值模擬結(jié)果可靠性的重要指標(biāo)，直接影響仿真分析的可信度和實(shí)用性。在車輛結(jié)構(gòu)的CAE分析中，提高計(jì)算精度可以幫助工程師更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、減少試驗(yàn)次數(shù)、縮短研發(fā)周期。誤差來(lái)源精度評(píng)估方法（1）數(shù)學(xué)模型誤差：數(shù)學(xué)模型是對(duì)物理問(wèn)題的理想化和簡(jiǎn)化，忽略了一些次要因素的影響，引入了一定的誤差。（2）離散化誤差：離散化誤差是由連續(xù)問(wèn)題離散化為有限元模型引入的誤差。（3）數(shù)值計(jì)算誤差：數(shù)值計(jì)算誤差包括截?cái)嗾`差和舍入誤差。（4）參數(shù)輸入誤差：材料參數(shù)、載荷、邊界條件等輸入數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)的偏差。（1）與解析解對(duì)比：對(duì)于某些簡(jiǎn)單的問(wèn)題，可以通過(guò)理論推導(dǎo)得到解析解，將數(shù)值解與解析解對(duì)比，評(píng)估計(jì)算精度。（2）與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比：通過(guò)與物理試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。（3）網(wǎng)格收斂性分析：通過(guò)逐步加密網(wǎng)格，觀察計(jì)算結(jié)果的變化趨勢(shì)。（4）與采用其他數(shù)值方法得到結(jié)果對(duì)比：采用不同的數(shù)值方法（如有限元法等）對(duì)同一問(wèn)題求解，比較不同方法得到的結(jié)果，互相驗(yàn)正。2.2?CAE分析2.2.2?CAE分析的計(jì)算精度提高精度的策略

首先，根據(jù)問(wèn)題的特點(diǎn)和要求，合理選擇數(shù)學(xué)模型。其次，生成高質(zhì)量的有限元單元，以免產(chǎn)生畸變單元、尖銳角等不良因素。再次，采用高精度數(shù)值計(jì)算方法，如高階單元、高精度積分、高階時(shí)間積分等方法，以減少截?cái)嗾`差。最后，在求解過(guò)程中，通過(guò)與解析解、試驗(yàn)結(jié)果等進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修正錯(cuò)誤，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。2.2?CAE分析2.2.3?CAE分析的計(jì)算效率CAE分析的計(jì)算效率是衡量數(shù)值模擬速度的重要指標(biāo)，直接影響產(chǎn)品研發(fā)周期和成本。在車輛結(jié)構(gòu)的CAE分析中，模型規(guī)模往往很大，計(jì)算任務(wù)繁重，提高計(jì)算效率可以幫助工程師及時(shí)獲得仿真結(jié)果，加快迭代速度，縮短研發(fā)周期。（1）模型規(guī)模：模型自由度數(shù)量直接決定了計(jì)算量。模型越大，計(jì)算量越大，計(jì)算時(shí)間越長(zhǎng)。（2）算法效率：不同的算法在時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度上有所差異。選擇高效的算法可以顯著提高計(jì)算效率。（3）硬件性能：計(jì)算機(jī)的CPU頻率、內(nèi)存容量、I/O速度等硬件指標(biāo)直接影響計(jì)算效率。（4）并行計(jì)算能力：采用并行計(jì)算可以充分利用多核CPU或集群系統(tǒng)的計(jì)算資源，大幅縮短計(jì)算時(shí)間。（5）模型簡(jiǎn)化程度：通過(guò)進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化和假設(shè)，可以減小模型規(guī)模，提高計(jì)算效率。但過(guò)度的簡(jiǎn)化可能會(huì)損失關(guān)鍵信息，導(dǎo)致結(jié)果失真。1.影響計(jì)算效率的因素（1）計(jì)算時(shí)間統(tǒng)計(jì)：通過(guò)對(duì)比不同方案的計(jì)算時(shí)間，來(lái)評(píng)估計(jì)算效率。（2）加速比分析：加速比是并行計(jì)算時(shí)間與串行計(jì)算時(shí)間的比值，反映了并行計(jì)算效率。（3）內(nèi)存占用分析：統(tǒng)計(jì)計(jì)算過(guò)程中的內(nèi)存占用峰值，評(píng)估內(nèi)存使用效率。（4）算法復(fù)雜度分析：通過(guò)理論分析，評(píng)估算法的時(shí)間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度。算法復(fù)雜度越低，計(jì)算效率越高2.評(píng)估計(jì)算效率的方法3.提高計(jì)算效率的策略（1）模型簡(jiǎn)化；（2）算法優(yōu)化；（3）硬件升級(jí)；（4）并行計(jì)算；（5）預(yù)處理優(yōu)化；（6）后處理優(yōu)化2.3?MxSim分析軟件簡(jiǎn)介2.3.1?MxSim.Mechanical隱式求解器簡(jiǎn)介

MxSim.Mechanical是邁曦軟件自主研發(fā)的大型通用結(jié)構(gòu)求解器，涵蓋桿、梁、殼、實(shí)體、連接等單元近100種、各類材料本構(gòu)模型30余種，能夠進(jìn)行包含多重非線性及多種連接裝配關(guān)系的結(jié)構(gòu)力學(xué)及熱力學(xué)性能分析，支持復(fù)雜裝配體的自動(dòng)綁定及自動(dòng)接觸計(jì)算，擁有完全自主研發(fā)的大規(guī)模稀疏方程組直接法、迭代法求解器、特征方程組求解器，同時(shí)支持國(guó)產(chǎn)處理器及CPU/GPU異構(gòu)并行計(jì)算。

MxSim.Mechanical支持完全自主研發(fā)的低階高精度單元體系，可以幫助用戶采用線性三角形單元和四面體單元獲取高精度的計(jì)算結(jié)果。MxSim.Mechanical汽車白車身剛度分析2.3?MxSim分析軟件簡(jiǎn)介2.3.2?MxSim.Dyna顯式求解器簡(jiǎn)介整車碰撞手機(jī)跌落鳥(niǎo)撞（SPH-FEM耦合）

MxSim.Dyna是邁曦自主研發(fā)的基于CPU/GPU異構(gòu)并行架構(gòu)的高性能非線性顯式動(dòng)力學(xué)有限元分析軟件，包含梁、殼、實(shí)體、安全帶、SPH單元等大量的單元庫(kù)；包含彈性、彈塑性、超彈性、混凝土、蜂窩、炸藥等多種金屬和非金屬材料模型以及多種材料失效準(zhǔn)則；包含剛性連接、焊接、鉸接、綁定、傳動(dòng)等各類連接與約束關(guān)系；包含柔性體接觸、柔性體與剛體接觸、侵蝕接觸、剛性墻接觸、固連接觸等多種接觸類型。

MxSim.Dyna具備準(zhǔn)確進(jìn)行復(fù)雜接觸、超大變形以及材料失效破壞等極端工況問(wèn)題模擬仿真的能力，可被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度、沖擊響應(yīng)、接觸碰撞、壓潰吸能、彈擊破壞、侵徹?fù)p傷、斷裂失效、爆炸沖擊等場(chǎng)景。并且MxSim.Dyna采用先進(jìn)的CPU/GPU異構(gòu)并行計(jì)算，并行加速效果可觀，在應(yīng)對(duì)大規(guī)模計(jì)算時(shí)能夠提供快速有效的解決方案。2.3?MxSim分析軟件簡(jiǎn)介2.3.3?MxSim用戶界面簡(jiǎn)介1、用戶界面標(biāo)題欄菜單欄圖形區(qū)主面板工具彩單標(biāo)題欄、菜單欄、快捷工具欄、模型樹(shù)、參數(shù)欄、圖形區(qū)、主面板工具欄、主面板工具菜單、信息欄、命令行2.3?MxSim分析軟件簡(jiǎn)介2.3.3?MxSim用戶界面簡(jiǎn)介2、基礎(chǔ)操作0102（1）旋轉(zhuǎn)模型：按住鼠標(biāo)左鍵并拖動(dòng)鼠標(biāo)。（2）平移模型：按住鼠標(biāo)右鍵并拖動(dòng)鼠標(biāo)。（3）縮放模型：滾動(dòng)鼠標(biāo)中鍵。1、模型操作（1）點(diǎn)選：按住Ctrl鍵的同時(shí)按住鼠標(biāo)左/右鍵并拖動(dòng)鼠標(biāo)。（2）框選：按住Shift鍵的同時(shí)按住鼠標(biāo)左/右鍵并拖動(dòng)鼠標(biāo)。2、模型拾取（1）拾取對(duì)象：節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)格、網(wǎng)格邊、網(wǎng)格面、零件。（2）拾取方式：鼠標(biāo)拾取、通過(guò)邊拾取、通過(guò)面拾取等。3、網(wǎng)格拾取032.3?MxSim分析軟件簡(jiǎn)介2.3.3?MxSim用戶界面簡(jiǎn)介MxSim的模型分為幾何模型、有限元模型和后處理模型。MxSim支持新建簡(jiǎn)單幾何模型、導(dǎo)入外部幾何模型和有限元模型、導(dǎo)出為常用格式的外部有限元模型。1）幾何模型；2）有限元模型；3）結(jié)果文件；4）網(wǎng)格模型1）窗口2）隱藏/顯示控制3）窗口的顯示/隱藏面板4、模型的管理3、統(tǒng)一單位5、窗口與顯示切換顯示窗口第三章：基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)CAE分析《基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析

》本章導(dǎo)讀本章著重介紹基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)CAE分析。MxSim作為專業(yè)的有限元仿真軟件，通過(guò)對(duì)車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行CAE分析，可以為汽車設(shè)計(jì)與工程優(yōu)化提供重要參考和支持。通過(guò)學(xué)習(xí)本章，讀者將會(huì)了解到基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)CAE分析的基本原理、方法和實(shí)際應(yīng)用。效果預(yù)覽3.2?幾何建模與簡(jiǎn)化幾何模型是網(wǎng)格剖分的基礎(chǔ)，包括幾何形狀與幾何尺寸。在確定幾何形狀時(shí)，要進(jìn)行降維處理、細(xì)節(jié)簡(jiǎn)化與幾何形狀的近似。在確定幾何尺寸時(shí)，應(yīng)利用結(jié)構(gòu)對(duì)稱性、只考慮局部結(jié)構(gòu)等方法來(lái)減小計(jì)算規(guī)模。3.23.2?幾何建模與簡(jiǎn)化3.2.1?降維處理任何構(gòu)件或零部件都是三維實(shí)體的，當(dāng)其幾何形狀具有某種特殊性時(shí)，簡(jiǎn)化為一維桿件或二維板件等，稱這種簡(jiǎn)化操作為降維處理。降維處理既能使求解問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，減小計(jì)算規(guī)模，降低計(jì)算成本，又能保證足夠的計(jì)算精度。在有限元建模時(shí)，應(yīng)根據(jù)分析問(wèn)題類型進(jìn)行降維處理，從而確定有限元分析所對(duì)應(yīng)的幾何模型，常見(jiàn)的幾何模型的簡(jiǎn)化形式如下表所示。3.2?幾何建模與簡(jiǎn)化3.2.2?細(xì)節(jié)簡(jiǎn)化與幾何形狀的近似在構(gòu)建有限元模型的過(guò)程中，實(shí)際結(jié)構(gòu)通常存在許多微小的特征，如小孔、淺槽、微小凸臺(tái)、倒角、過(guò)渡圓角等。為了簡(jiǎn)化幾何模型，這些微小的特征常常被忽略。在進(jìn)行有限元網(wǎng)格剖分時(shí)，曲線邊界常用直線單元邊界來(lái)近似表示，曲面邊界常用平面單元邊界來(lái)近似表示。確定是否忽略某些特征，需要綜合評(píng)估分析目的及特征在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的位置等因素。而是否進(jìn)行幾何形狀的近似，則取決于對(duì)分析精度的要求。通常在進(jìn)行靜力和動(dòng)力響應(yīng)分析時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的位移、應(yīng)力和應(yīng)變是主要關(guān)注點(diǎn)，刪除特征會(huì)對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生影響，因此應(yīng)當(dāng)盡可能地保留結(jié)構(gòu)中的特征。相比之下，在進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)，整體結(jié)構(gòu)特性才是關(guān)鍵所在，忽略一些特征對(duì)分析結(jié)果的影響微乎其微，此時(shí)可以考慮刪除這些特征，以簡(jiǎn)化幾何模型。剛度強(qiáng)度分析模態(tài)分析3.2?幾何建模與簡(jiǎn)化3.2.3?機(jī)構(gòu)對(duì)稱性的利用在實(shí)際工程中，很多結(jié)構(gòu)具有對(duì)稱性，這一特性如能被恰當(dāng)?shù)丶右岳?，可以使結(jié)構(gòu)的有限元模型及相應(yīng)的計(jì)算規(guī)模得到縮減，從而使數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和計(jì)算的工作量大幅降低。例如，在靜力分析中，利用結(jié)構(gòu)對(duì)稱性可取結(jié)構(gòu)的一部分建立有限元模型，同時(shí)可根據(jù)載荷的對(duì)稱情況分析對(duì)稱面（軸）上的位移狀態(tài)，進(jìn)而確定對(duì)稱面（軸）上節(jié)點(diǎn)的位移約束條件。在計(jì)算結(jié)束后，可由此部分計(jì)算結(jié)果推斷出整個(gè)結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果，從而達(dá)到簡(jiǎn)化分析的目的。3.2?幾何建模與簡(jiǎn)化3.2.4?MxSim軟件建模1、創(chuàng)建幾何點(diǎn)3、創(chuàng)建面：平面、球面4、導(dǎo)入幾何模型2、創(chuàng)建線創(chuàng)建實(shí)體5、導(dǎo)入計(jì)算文件MxSim支持簡(jiǎn)單幾何零件的建模，也支持導(dǎo)入第三方幾何模型。在使用第三方CAD軟件建好模型后，將其另存為.step或.iges等格式，就可以在MxSim中直接導(dǎo)入幾何模型了。導(dǎo)入外部幾何模型3.3?網(wǎng)絡(luò)剖分3.3.1?常見(jiàn)的網(wǎng)格種類（1/4）網(wǎng)格劃分是有限元分析中至關(guān)重要的步驟，其質(zhì)量對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性、收斂速度和計(jì)算效率有著直接影響。一個(gè)優(yōu)秀的網(wǎng)格需要在計(jì)算精度和計(jì)算成本之間尋求平衡。通常來(lái)說(shuō)，網(wǎng)格單元尺寸越小，數(shù)量越多，計(jì)算精度就越高，但計(jì)算量也會(huì)相應(yīng)增加。此外，網(wǎng)格單元的形狀、尺寸分布、光順性等因素也會(huì)影響求解性能。1.三角形網(wǎng)格（TriangularMesh）

三角形網(wǎng)格適用于離散化復(fù)雜幾何形狀。自動(dòng)網(wǎng)格剖分算法通常生成三角形網(wǎng)格，線性三角形單元是最簡(jiǎn)單、最常用的二維單元類型。三角形網(wǎng)格具有良好的適應(yīng)性和靈活性，能夠處理不規(guī)則邊界和復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。然而，三角形網(wǎng)格的精度和收斂性通常低于四邊形網(wǎng)格。3.3?網(wǎng)絡(luò)剖分3.3.1?常見(jiàn)的網(wǎng)格種類（3/4）四邊形網(wǎng)格適用于規(guī)則幾何形狀。四邊形單元具有更好的精度和收斂性，尤其在求解場(chǎng)梯度較大的區(qū)域時(shí)。結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格通常采用四邊形單元，以便實(shí)現(xiàn)高階單元和各向異性適應(yīng)性。然而，對(duì)于復(fù)雜幾何形狀，自動(dòng)算法難以生成高質(zhì)量的四邊形網(wǎng)格，需要采用混合網(wǎng)格或人工剖分。02四邊形網(wǎng)格（QuadrilateralMesh）四面體網(wǎng)格適用于離散化復(fù)雜三維部件。自動(dòng)網(wǎng)格剖分算法也常生成四面體網(wǎng)格，線性四面體單元是最簡(jiǎn)單、最常用的三維單元類型。四面體網(wǎng)格具有良好的適應(yīng)性和靈活性，能夠處理不規(guī)則邊界和復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。然而，四面體網(wǎng)格的精度和收斂性通常低于六面體網(wǎng)格。03四面體網(wǎng)格（TetrahedralMesh）3.3?網(wǎng)絡(luò)剖分3.3.1?常見(jiàn)的網(wǎng)格種類（4/4）六面體網(wǎng)格由六面體單元組成，是求解三維問(wèn)題的理想網(wǎng)格類型。規(guī)則的六面體網(wǎng)格具有最優(yōu)的數(shù)值性能，能夠獲得高精度的計(jì)算結(jié)果。但六面體網(wǎng)格的生成難度較大，尤其是對(duì)于復(fù)雜的非規(guī)則幾何體，自動(dòng)算法難以生成高質(zhì)量的六面體網(wǎng)格，往往需要人工剖分。六面體網(wǎng)格（HexahedralMesh）4混合網(wǎng)格由不同單元類型組成，如三角形單元和四邊形單元混合，四面體單元和六面體單元混合等?；旌暇W(wǎng)格能夠兼顧不同類型單元的優(yōu)點(diǎn)，在復(fù)雜模型的網(wǎng)格剖分中具有重要應(yīng)用價(jià)值。混合網(wǎng)格（HybridMesh）53.3?網(wǎng)格剖分3.3.2?網(wǎng)格劃分原則（1/2）單元階次網(wǎng)格疏密網(wǎng)格數(shù)量

理論上來(lái)說(shuō)，在其他設(shè)置正確的情況下，網(wǎng)格越密，求解精度越高；但網(wǎng)格越密，數(shù)量越多，求解時(shí)間越長(zhǎng)；因此需要在求解效率和求解精度間做一個(gè)權(quán)衡。網(wǎng)格疏密是指在結(jié)構(gòu)不同部位采用大小不同的網(wǎng)格，這是為了適應(yīng)計(jì)算數(shù)據(jù)的分布特點(diǎn)。在計(jì)算數(shù)據(jù)變化梯度較大的部位（如應(yīng)力集中處、幾何形狀、厚度變化位置），為了較好地反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律，需要采用比較密集的網(wǎng)格。而在計(jì)算數(shù)據(jù)變化梯度較小的部位，為減小模型規(guī)模，則應(yīng)劃分相對(duì)稀疏的網(wǎng)格。這樣，整個(gè)結(jié)構(gòu)便表現(xiàn)出疏密不同的網(wǎng)格劃分形式。很多單元都具有線性、二次和三次等形式，其中二次和三次形式的單元稱為高階單元。用高階單元可進(jìn)步計(jì)算精度，由于高階單元的曲線或曲面邊界能夠更好地逼近結(jié)構(gòu)的曲線和曲面邊界，所以當(dāng)結(jié)構(gòu)外形不規(guī)則、應(yīng)力分布或變形很復(fù)雜時(shí)可以選用高階單元。高階單元的節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，在網(wǎng)格數(shù)目相同的情況下由高階單元組成的模型規(guī)模要大得多，因此在使用時(shí)應(yīng)權(quán)衡考慮計(jì)算精度和時(shí)間。網(wǎng)格劃分原則3.3?網(wǎng)格剖分3.3.2?網(wǎng)格劃分原則（2/2）網(wǎng)格質(zhì)量是指網(wǎng)格幾何形狀的合理性，影響著計(jì)算精度，質(zhì)量太差的網(wǎng)格甚至?xí)兄褂?jì)算。直觀上看，網(wǎng)格各邊或各內(nèi)角相差不大、網(wǎng)格面不過(guò)于扭曲、邊節(jié)點(diǎn)位于邊界等分點(diǎn)四周的網(wǎng)格質(zhì)量較高。網(wǎng)格質(zhì)量可用細(xì)長(zhǎng)比、錐度比、內(nèi)角、翹曲量、拉伸值、邊節(jié)點(diǎn)位置偏差等指標(biāo)度量。剖分網(wǎng)格時(shí)一般要求網(wǎng)格質(zhì)量能達(dá)到某些指標(biāo)要求。

在結(jié)構(gòu)重要部位，應(yīng)保證剖分的網(wǎng)格具有高質(zhì)量，因?yàn)闃O少數(shù)質(zhì)量很低的網(wǎng)格也會(huì)引起很大的局部誤差。而在結(jié)構(gòu)次要部位，網(wǎng)格質(zhì)量可適當(dāng)降低。當(dāng)模型中存在質(zhì)量很低的網(wǎng)格（稱為畸形網(wǎng)格）時(shí)，計(jì)算過(guò)程將無(wú)法進(jìn)行。網(wǎng)格質(zhì)量3.3?網(wǎng)格剖分3.3.3

選擇網(wǎng)格類型選擇網(wǎng)格類型一維單元格對(duì)于長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于橫截面尺寸的結(jié)構(gòu)，比如長(zhǎng)度除以寬度大于20，可使用1D網(wǎng)格進(jìn)行模擬。二維單元格對(duì)于一個(gè)方向尺寸遠(yuǎn)小于另外兩個(gè)方向尺寸的結(jié)構(gòu)，比如長(zhǎng)度除以厚度大于20，最少大于10，可以使用2D網(wǎng)格進(jìn)行模擬。三維單元格對(duì)于三個(gè)方向尺寸相當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，一般使用3D網(wǎng)格進(jìn)行模擬，典型的結(jié)構(gòu)是發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱和減速器殼體，表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，全是倒角、筋等結(jié)構(gòu)，無(wú)法用1D和2D單元進(jìn)行模擬。典型的二維網(wǎng)格模型—汽車表面覆蓋件發(fā)動(dòng)機(jī)溫度場(chǎng)3.3?網(wǎng)格剖分3.3.4

特殊結(jié)構(gòu)處理幾何模型中較難處理的是倒角、圓孔、法蘭、接觸區(qū)等特征上的網(wǎng)格，網(wǎng)格要求如下：1）倒角區(qū)域至少3層網(wǎng)格才能較為準(zhǔn)確地捕捉應(yīng)力變化，重點(diǎn)區(qū)域倒圓角不能簡(jiǎn)化為直角，直角可能導(dǎo)致應(yīng)力奇異；變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上的加強(qiáng)筋及類似結(jié)構(gòu)至少要6層網(wǎng)格才能比較準(zhǔn)確地捕捉應(yīng)力梯度；2)圓孔周向網(wǎng)格數(shù)量建議4的倍數(shù)，不重要的小孔直接去掉或在圓周方向分4層，重要的圓孔在圓周方向劃分8層及以上，因?yàn)镃AD軟件中圓柱面一般會(huì)分為兩份或者4份；3）法蘭面至少3層網(wǎng)格，網(wǎng)格層數(shù)太少，無(wú)法捕捉應(yīng)變變形梯度；4）接觸區(qū)域節(jié)點(diǎn)重合更容易收斂，高度非線性模型，接觸位置建議做成節(jié)點(diǎn)重合，可有效提高接觸收斂性；5）焊點(diǎn)、焊縫、粘膠等連接結(jié)構(gòu)：若不關(guān)注其本身應(yīng)力分布，在模型中只起傳力作用，可直接忽略，做成共節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)或者進(jìn)行剛性連接；6）螺栓結(jié)構(gòu)：若不關(guān)心其具體受力，只用于傳力，一般可抓取2個(gè)圓孔一圈節(jié)點(diǎn)，中間用一個(gè)梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬。若希望得到螺頭與零件接觸區(qū)域更準(zhǔn)確的應(yīng)力分布，可以去掉螺紋，做成實(shí)體螺栓。3.3?網(wǎng)格剖分3.3.5

MxSim中的網(wǎng)格剖分

針對(duì)不同的單元類型，選擇對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格類型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，在MxSim中，不僅可以直接創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)格，還可以針對(duì)一維網(wǎng)格單元、二維網(wǎng)格單元和三維網(wǎng)格單元進(jìn)行線剖分、面剖分和實(shí)體剖分。快捷工具欄中的“網(wǎng)格剖分”圖標(biāo)如下圖所示。2.面剖分1.線剖分

除基礎(chǔ)的網(wǎng)格生成功能外，目前MxSim還支持提取表面網(wǎng)格、粒子生成、線拉伸、旋轉(zhuǎn)、拉伸等輔助功能。3.實(shí)體剖分3.4?材料網(wǎng)格剖分后為各部件選擇合適的材料模型。隨著仿真分析的進(jìn)行，模型簡(jiǎn)化、建模流程都已成熟，決定仿真精度的主要因素變成材料參數(shù)。由于工業(yè)界材料種類眾多，不同材料表現(xiàn)出復(fù)雜的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，所以產(chǎn)生了種類繁多、解析式繁雜的材料模型。結(jié)構(gòu)分析涉及各種材料，材料特性相當(dāng)復(fù)雜，材料模型直接關(guān)系到仿真模型抽象是否正確。常見(jiàn)材料類型如下圖所示。結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真常用材料的分類3.4?材料3.4.1

常用的材料模型

超彈性材料是一類具有大變形能力的材料，在卸載后能恢復(fù)到原始狀態(tài)而不產(chǎn)生永久變形。超彈性材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線性的，且加載和卸載曲線不重合，呈現(xiàn)出明顯的滯后現(xiàn)象。

超彈性材料的應(yīng)用領(lǐng)域包括橡膠、生物材料、高分子材料等。橡膠在汽車輪胎、減震器、密封件等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用；生物材料，如血管、肌腱等，表現(xiàn)出超彈性行為；高分子材料，如聚氨酯、聚乙烯等，具有超彈性特性。3.超彈性材料模型

線彈性模型是結(jié)構(gòu)分析中最基礎(chǔ)的材料模型，線彈性材料的本構(gòu)關(guān)系服從廣義胡克定律，即應(yīng)力與應(yīng)變?cè)诩有遁d過(guò)程中呈線性關(guān)系，卸載后材料不會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)變。當(dāng)材料的應(yīng)力水平較低時(shí)，采用該模型計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基本符合實(shí)際情況。一般認(rèn)為該模型僅在小的彈性應(yīng)變范圍內(nèi)有效，通常不超過(guò)5%。1.線彈性模型在高應(yīng)力（應(yīng)變）情況下，金屬開(kāi)始表現(xiàn)出非線性、非彈性的行為，稱為塑性。彈塑性是最常見(jiàn)、研究最透徹的材料非線性行為。采用屈服面、塑性勢(shì)和流動(dòng)定律的彈塑性力學(xué)模型及彈塑性有限元法，已在金屬、土壤等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

目前使用較多的彈塑性材料模型包括：1）理想彈塑性材料模型；2）線性強(qiáng)化彈塑性材料模型2.彈塑性材料模型定義線彈性材料模型3.4?材料3.4.2

其他材料模型（1/3）

剛體是假定其變形可以忽略不計(jì)的材料。在CAE分析中，剛體不會(huì)因?yàn)橥獠枯d荷而變形，也不會(huì)分析其內(nèi)部的應(yīng)力。剛體材料的設(shè)置通常用來(lái)簡(jiǎn)化模型和降低計(jì)算成本，特別是在與其他可變形體相互作用的情況下。1、剛體模型壓電材料是指在機(jī)械應(yīng)力作用下產(chǎn)生電荷，并且在外加電場(chǎng)作用下產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變的材料。這種材料在傳感器、驅(qū)動(dòng)器和能量采集設(shè)備中特別有用。2、壓電模型混凝土模型用于描述混凝土這種多向復(fù)合材料的復(fù)雜行為，包括混凝土的非線性、各向異性（不同方向上的性質(zhì)不同），以及在不同類型的載荷下的破壞模式。混凝土模型通常會(huì)考慮混凝土在受壓和受拉過(guò)程中的不同響應(yīng)，并模擬裂縫生成和傳播。3、混凝土模型在定義氣、液體模型時(shí)，可勾選“狀態(tài)方程”復(fù)選框。4、氣、液體模型3.4?材料3.4.2

其他材料模型（2/3）6、泡棉模型泡棉模型通常模擬為一種低密度的多孔材料，具有吸收能量和提供緩沖的特性。泡棉模型在被壓縮時(shí)會(huì)顯現(xiàn)出非線性、壓縮率

依賴和速率依賴的行為。

9、高爆燃材料模型高爆燃材料用來(lái)模擬爆炸物質(zhì)起爆、燃燒和爆炸過(guò)程。炸藥模型通常采用化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論和流體動(dòng)力學(xué)原理結(jié)合的方法。炸藥模型需要考慮化學(xué)反應(yīng)中高溫高壓氣體的生成，以及反應(yīng)過(guò)程中的沖擊波傳遞和材料破壞等現(xiàn)象。7、復(fù)合材料模型

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同物質(zhì)（通常是纖維和基體）組合而成的材料，它們?cè)诓牧闲阅苌匣ハ嘌a(bǔ)充。10、彈簧|阻尼模型

彈簧/阻尼模型用來(lái)描述同時(shí)有彈性恢復(fù)力和阻尼行為的部件。1）彈性彈簧模型；2）阻尼模型；3）非彈性彈簧模型;4）廣義非線性彈簧模型；5）Maxwell彈簧模型；6）彈塑性彈簧模型。5、非常規(guī)塑料材料模型

1）Johnson-Cook模型；2）蜂窩模型；3）金屬蜂窩模型；4）簡(jiǎn)化Johnson-Cook模型8、黏彈性材料模型粘彈性材料表現(xiàn)出同時(shí)具有粘性（流體特性）和彈性（固體特性）的行為。3.5?分析工況定義在進(jìn)行仿真分析時(shí)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師處拿到需求，很重要的一步是對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行分析，確定合適的分析工況，是線性工況還是非線性工況，是靜力學(xué)問(wèn)題還是動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，是用顯式算法還是用隱式算法。常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析類型如下圖所示，主要有三個(gè)分類標(biāo)準(zhǔn)：線性/非線性、靜力學(xué)/動(dòng)力學(xué)、顯式/隱式.3.5?分析工況定義3.5.1

線性工況和非線性工況平衡方程F=[K]{U}中，剛度[K]一直是常數(shù)，激勵(lì)和響應(yīng)呈線性關(guān)系。線性工況的分析結(jié)果可以疊加。1、線性工況平衡方程F=[K]{U}中，剛度[K]在分析過(guò)程中是變化的，激勵(lì)和響應(yīng)呈非線性關(guān)系。非線性工況的結(jié)果不能疊加。三種常見(jiàn)非線性為非線性材料，結(jié)構(gòu)大變形和非線性接觸。2、非線性工況3.5?分析工況定義3.5.2

靜力學(xué)問(wèn)題和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題對(duì)于靜力學(xué)問(wèn)題，慣性效應(yīng)（慣性力）可忽略，時(shí)間歷程不影響結(jié)果，可使用方程進(jìn)行描述?？赡M靜態(tài)問(wèn)題和準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題，如靜止不動(dòng)的產(chǎn)品問(wèn)題、勻速直線運(yùn)動(dòng)的部件問(wèn)題、勻速旋轉(zhuǎn)問(wèn)題，以及運(yùn)動(dòng)非常緩慢的問(wèn)題。對(duì)于動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，慣性效應(yīng)（慣性力）對(duì)結(jié)果影響很大，時(shí)間歷程對(duì)結(jié)果有影響，需要進(jìn)行描述。0102靜力學(xué)問(wèn)題動(dòng)力學(xué)問(wèn)題3.5?分析工況定義3.5.3

顯式分析和隱式分析

假如已經(jīng)確定是非線性的動(dòng)態(tài)工況，用顯式分析還是隱式分析呢？

顯式和隱式并沒(méi)有明確的分界線，在某些情況下，如準(zhǔn)靜態(tài)工況，既可以用顯式算法進(jìn)行求解，又可以用隱式算法進(jìn)行求解；但總體來(lái)說(shuō)，速度快且高度非線性問(wèn)題用顯式算法。3.5?分析工況定義3.5.4

MxSim中的分析工況（1/3）線性靜態(tài)分析假定材料的行為遵守胡克定律，即應(yīng)力和應(yīng)變間呈線性關(guān)系，沒(méi)有大位移或大轉(zhuǎn)動(dòng)，且載荷是靜態(tài)的（時(shí)間不變），用于計(jì)算材料或結(jié)構(gòu)在給定載荷和邊界條件下的應(yīng)力、應(yīng)變和位移。1、線性靜態(tài)分析當(dāng)涉及到材料非線性（如塑性變形）、幾何非線性（大位移/轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致剛度變化）或邊界條件非線性（接觸問(wèn)題）時(shí)，就需要執(zhí)行非線性靜態(tài)分析。這類分析可以處理彈性后行為、時(shí)間無(wú)關(guān)的材料行為、接觸或摩擦等問(wèn)題。2、非線性靜態(tài)分析模態(tài)分析是用于確定結(jié)構(gòu)的自然頻率（固有頻率）和振型（形態(tài)）。這是一種線性分析，且假定沒(méi)有阻尼和外力作用。3、模態(tài)分析線性動(dòng)力學(xué)瞬態(tài)分析用于研究時(shí)域載荷作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)問(wèn)題。計(jì)算時(shí)主要有兩類不同的數(shù)值算法：模態(tài)疊加法（模態(tài)法）和直接積分法（直接法）。4、線性瞬態(tài)分析3.5?分析工況定義3.5.4

MxSim中的分析工況（2/3）頻響分析用于確定線性結(jié)構(gòu)在承受隨已知正弦（簡(jiǎn)諧）規(guī)律變化的載荷時(shí)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)。輸入載荷可以是已知幅值和頻率的力、壓力和位移，而輸出值包括節(jié)點(diǎn)位移，也可以是導(dǎo)出的值，如應(yīng)力、應(yīng)變等。線性頻響分析56響應(yīng)譜分析用于分析計(jì)算當(dāng)結(jié)構(gòu)受到瞬態(tài)載荷作用時(shí)產(chǎn)生的最大響應(yīng)?？梢杂糜谠u(píng)估結(jié)構(gòu)對(duì)于突發(fā)事件，例如地震的快速回應(yīng)。響應(yīng)譜分析78隨機(jī)振動(dòng)分析是指在機(jī)構(gòu)的一些隨機(jī)激勵(lì)作用下，計(jì)算一些物理量如位移、應(yīng)力等的概率分布狀況。目前，隨，機(jī)振動(dòng)分析在機(jī)載電子設(shè)備、聲學(xué)裝載部件、抖動(dòng)的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)設(shè)備等的設(shè)計(jì)上有廣泛應(yīng)用。隨機(jī)振動(dòng)分析用于計(jì)算達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的溫度分布，假設(shè)邊界條件和熱源是恒定的，不隨時(shí)間變化，如下圖所示。穩(wěn)態(tài)傳熱分析3.5?分析工況定義3.5.4

MxSim中的分析工況（3/3）非線性瞬態(tài)傳熱分析在瞬態(tài)分析中考慮材料屬性（如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容）隨溫度變化的情況，以及相變等非線性效應(yīng)。用于更精確的溫度預(yù)測(cè)，尤其是在溫度變化很大的情況下。0910線性瞬態(tài)傳熱分析穩(wěn)態(tài)分析相比，瞬態(tài)分析是考慮隨時(shí)間變化的熱源或邊界條件，用于預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)隨時(shí)間變化的溫度分布。3.6?連接

在實(shí)際工程問(wèn)題中除了對(duì)簡(jiǎn)單的單獨(dú)構(gòu)件進(jìn)行仿真，還需要對(duì)復(fù)雜的多部件裝配體模型進(jìn)行仿真。能否正確模擬多部件之間的連接關(guān)系決定了仿真的合理性和準(zhǔn)確性。

為應(yīng)對(duì)工程中常見(jiàn)的焊接、鉚接、鉸接、螺栓連接、襯套連接等不同的連接方式，MxSim開(kāi)發(fā)了多種連接關(guān)系，如焊接、鉸接、耦合、綁定、剛性連接、特殊連接等，可以滿足實(shí)際工程問(wèn)題的連接模擬需求。3.7接觸

接觸是指兩個(gè)或多個(gè)物體之間相互作用并傳遞力和位移的現(xiàn)象。在實(shí)際工程問(wèn)題中，接觸非常普遍，例如齒輪嚙合、輪胎與地面的接觸、鉚釘連接等。接觸問(wèn)題的準(zhǔn)確建模和求解對(duì)于獲得可靠的仿真結(jié)果至關(guān)重要。為了在有限元模型中實(shí)現(xiàn)接觸，需要定義接觸對(duì)和接觸屬性。

接觸對(duì)指定了可能發(fā)生接觸的兩個(gè)表面，而接觸屬性則定義了接觸面之間的行為，如摩擦系數(shù)、接觸剛度等。在求解過(guò)程中，有限元軟件會(huì)自動(dòng)檢測(cè)接觸狀態(tài)，并根據(jù)接觸屬性計(jì)算接觸力和位移。MxSim.Mechanical中的接觸定義3.8?邊界條件與載荷3.8.1

移位約束條件

邊界條件反映了分析對(duì)象與外界的相互作用，是實(shí)際工況條件在有限元模型上的表現(xiàn)形式。只有定義了完整的邊界條件，才能計(jì)算出需要的結(jié)果。

位移約束條件是有限元分析中非常重要的一個(gè)概念，它對(duì)結(jié)構(gòu)的位移大小和相互關(guān)系進(jìn)行限制，以消除結(jié)構(gòu)的剛體位移。由于整體剛度矩陣是奇異矩陣，若不施加足夠的位移約束，結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生剛體位移，無(wú)法求解變形位移。

MxSim支持的邊界條件類型有固定/對(duì)稱/反對(duì)稱約束、位移/轉(zhuǎn)角約束、虛擬約束、初始邊界條件等。3.8?邊界條件與載荷3.8.2

載荷類型

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，有限元模型上的載荷包括集中載荷、分布面力、分布體力。

MxSim中的載荷包含集中力、力矩、重力、壓強(qiáng)、瞬態(tài)載荷、頻域載荷、線載荷、預(yù)緊力、熱流密度、對(duì)流換熱載荷、溫度載荷、內(nèi)部熱源、電荷、電荷密度等。快捷工具欄中的“載荷”圖標(biāo)3.9?拓?fù)鋬?yōu)化

拓?fù)鋬?yōu)化（TopologyOptimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一種。MxSim支持對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化。拓?fù)鋬?yōu)化的應(yīng)用范圍非常廣泛，包括航空航天、汽車工業(yè)、建筑工程、生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域。拓?fù)鋬?yōu)化可以大幅提高材料使用效率和結(jié)構(gòu)性能，同時(shí)減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量、降低材料成本，是現(xiàn)代設(shè)計(jì)工程中不可或缺的一環(huán)。

MxSim.Mechanical的拓?fù)鋬?yōu)化功能支持柔度、頻率、節(jié)點(diǎn)位移、熱柔度、溫度等十多種優(yōu)化響應(yīng)，同時(shí)支持模式組約束、模式重復(fù)約束、拔模約束、擠出約束、無(wú)孔約束、增材制造約束等多種常見(jiàn)的制造工藝約束，可以用于在設(shè)計(jì)階段尋找結(jié)構(gòu)最優(yōu)的材料分布，獲取具有更高力學(xué)性能和更小結(jié)構(gòu)質(zhì)量的構(gòu)型設(shè)計(jì)?？旖莨ぞ邫谥械摹巴?fù)鋬?yōu)化”圖標(biāo)重卡電池支架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化重卡電池支架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化3.10?疲勞分析

疲勞是指材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處逐漸產(chǎn)生局部永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過(guò)程。

MxSim疲勞分析模塊能夠根據(jù)有限元分析結(jié)果中結(jié)構(gòu)材料的名稱在材料數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行查找，并匹配結(jié)構(gòu)材料的疲勞參數(shù)，結(jié)合對(duì)應(yīng)的疲勞載荷譜即可進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析。車輛結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析流程車輛結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析流程3.11?計(jì)算求解將單元總裝成整個(gè)離散域的總矩陣方程（聯(lián)立方程組）并求解。總裝是在相鄰單元節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行的。狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)（如果可能）連續(xù)性建立在節(jié)點(diǎn)處。聯(lián)立方程組的求解可使用直接法、迭代法。求解結(jié)果是單元節(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。MxSim中可定義兩種類型的輸出數(shù)據(jù)：場(chǎng)輸出和歷史輸出。場(chǎng)輸出用于描述某個(gè)量隨空間位置的變化，例如模型繪圖（變形圖、云圖等）；歷史輸出用于某個(gè)量隨時(shí)間的變化，例如X-Y繪圖。3.11.1輸出設(shè)置3.11,2計(jì)算任務(wù)創(chuàng)建計(jì)算任務(wù)，并進(jìn)行求解選項(xiàng)設(shè)置后進(jìn)行求解，如下圖所示。3.12?后處理根據(jù)模型與設(shè)計(jì)要求，對(duì)CAE分析結(jié)果進(jìn)行用戶要求的加工、檢查，并以圖形方式提供給用戶，輔助用戶判定計(jì)算結(jié)果與設(shè)計(jì)方案的合理性。求解成功后，MxSim會(huì)自動(dòng)跳至后處理界面，3.12?后處理3.12.1

云圖窗口云圖窗口用于顯示結(jié)果云圖的圖形界面部分，計(jì)算結(jié)果以顏色編碼的形式覆蓋在有限元模型上。顏色的變化通常表示數(shù)值的高低，可以在云圖窗口中放大、縮小、旋轉(zhuǎn)模型，并進(jìn)行其他交互操作，以便從不同角度觀察分析結(jié)果，如下圖所示。1位移變量2應(yīng)力變量3后處理云圖設(shè)置-層4變形圖3.12?后處理3.12.2

動(dòng)態(tài)效果查看定義動(dòng)態(tài)效果查看3.12.3

時(shí)程曲線查看最終生成的時(shí)程曲線第四章：車輛結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析《基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析

》本章導(dǎo)讀

結(jié)構(gòu)靜力分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)，主要目標(biāo)是在固定載荷的作用下計(jì)算結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變、力，同時(shí)考慮定常加速度引起的平衡慣性載荷。該分析方法不考慮慣性和阻尼的影響，假設(shè)載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)變化非常緩慢。在結(jié)構(gòu)靜力分析中，假設(shè)結(jié)構(gòu)中的工作應(yīng)力小于結(jié)構(gòu)材料的屈服應(yīng)力，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系服從胡克定律，呈線性關(guān)系；同時(shí)，假設(shè)結(jié)構(gòu)的變形（位移）相對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體尺寸來(lái)說(shuō)很小，因此可以采用線性方程進(jìn)行計(jì)算。從應(yīng)用的角度來(lái)看，結(jié)構(gòu)的靜力分析通常是評(píng)估許多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的有效方法。

在車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，靜力分析被廣泛應(yīng)用，如對(duì)車架和車橋的強(qiáng)度與剛度進(jìn)行分析，對(duì)軸類零件和傳動(dòng)零件進(jìn)行強(qiáng)度校核等。效果預(yù)覽圖1效果預(yù)覽圖24.1?靜力分析概述定義：靜力學(xué)（Statics）是研究物體平衡或力系平衡規(guī)律的力學(xué)分支。平衡指的是物體相對(duì)于慣性參考系（通常為地球）處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，即加速度為零的狀態(tài)。靜力學(xué)一詞由法國(guó)數(shù)學(xué)家、力學(xué)家皮埃爾·伐里農(nóng)于1725年引入。（1）研究如何將復(fù)雜的力系簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的力系，以便于分析。（2）等效力系與合力的概念，即如果兩個(gè)力系分別作用于剛體時(shí)產(chǎn)生的外效應(yīng)相同，則稱這兩個(gè)力系是等效力系。力系的簡(jiǎn)化與等效（1）平衡：物體相對(duì)于慣性參考系保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。（2）

剛體：在任何情況下都不發(fā)生變形的物體。（3）

力的外效應(yīng)與內(nèi)效應(yīng)：外效應(yīng)指力使物體整體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化；內(nèi)效應(yīng)指力使物體內(nèi)部形狀發(fā)生變化。靜力學(xué)主要研究外效應(yīng)。（4）靜力學(xué)公理：包括二力平衡公理、加減平衡力系公理、力的平行四邊形法則、作用與反作用定律、剛化公理等。

內(nèi)容（1/2）基本概念和公理4.1?靜力分析概述（1）分析物體在力系作用下的受力情況，包括主動(dòng)力和約束力。（2）繪制受力圖，明確標(biāo)示出所有作用在物體上的力。物體受力分析3（1）建立平衡條件，如二力平衡條件、三力平衡匯交定理等。

（2）用數(shù)學(xué)方程表示平衡條件，構(gòu)成平衡方程，用于求解未知力。平衡條件與平衡方程44.1?靜力分析概述應(yīng)用：靜力學(xué)在工程技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用，包括但不限于：汽車工程用于汽車的設(shè)計(jì)、性能研究、懸掛系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高汽車的穩(wěn)定性和安全性。航空航天工程在飛行器的設(shè)計(jì)和性能分析中，應(yīng)用靜力學(xué)原理確定合適的構(gòu)造和材料，確保飛行器的穩(wěn)定性和安全性。土木工程在土木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中，通過(guò)受力分析，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。機(jī)械工程設(shè)計(jì)機(jī)械組件和機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，分析力的平衡條件，確定各部件之間的受力關(guān)系，設(shè)計(jì)出穩(wěn)定和可靠的機(jī)械系統(tǒng)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)靜力學(xué)分析，計(jì)算建筑物的受力分布和結(jié)構(gòu)的承載能力，確保結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。靜力學(xué)主要用于分析固定載荷作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，不考慮系統(tǒng)的慣性及阻尼，其中線性靜力學(xué)是靜力學(xué)中最基礎(chǔ)的一類問(wèn)題。在線性靜力分析中必須滿足以下三個(gè)假設(shè)條件。4.1?靜力分析概述1、小變形在線性靜力分析中，系統(tǒng)發(fā)生的變形相對(duì)于系統(tǒng)整體尺寸非常小，變形并不

顯著影響整個(gè)系統(tǒng)的剛度。3、固定裁荷線性靜力學(xué)問(wèn)題中假設(shè)載荷和約束并不隨時(shí)間發(fā)生變化，載荷的加載過(guò)程是一個(gè)非常均勻緩慢的過(guò)程。2、線性材料線性靜力學(xué)問(wèn)題考慮的是材料在彈性變形階段的行為，即滿足應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系。只有滿足上述三個(gè)基本假設(shè)才屬于常見(jiàn)的線性靜力學(xué)問(wèn)題，線性靜力學(xué)比較關(guān)注系統(tǒng)的支反力、變形和應(yīng)力大小。4.2?實(shí)例分析－工字梁結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析4.2.1?實(shí)例描述

工字型鋼梁作為土木建筑中最為常見(jiàn)的一種鋼梁結(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用在房屋建筑、鋼鐵管道鋪設(shè)等民用設(shè)施行業(yè)中。對(duì)于工字梁鋼架結(jié)構(gòu)，通常都需要對(duì)鋼梁的應(yīng)力及撓度進(jìn)行分析。

本案例通過(guò)MxSim有限元軟件對(duì)此材料力學(xué)的問(wèn)題進(jìn)行了分析，相比利用材料力學(xué)知識(shí)的理論計(jì)算，不僅結(jié)果計(jì)算準(zhǔn)確簡(jiǎn)潔還能將結(jié)果可視化呈現(xiàn)，這也是本文采用MxSim仿真分析的一大優(yōu)勢(shì)。本實(shí)訓(xùn)的目的是使學(xué)生學(xué)會(huì)掌握MxSim在三維實(shí)體建模方面的一些技術(shù)，并深刻體會(huì)MxSim軟件在網(wǎng)格劃分方面的強(qiáng)大功能。4.2?實(shí)例分析－工字梁結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析4.2.2?分析步驟創(chuàng)建完成的工字梁輪廓幾何線創(chuàng)建完成的工字梁橫截面創(chuàng)建完成的工字梁幾何實(shí)體1.創(chuàng)建幾何模型

2.網(wǎng)格網(wǎng)格剖分

3.材料定義

4.截面屬性的創(chuàng)建與賦予

5.單元類型的定義與關(guān)聯(lián)

6.創(chuàng)建分析工況

7.施加載荷

8.施加邊界條件

9.創(chuàng)建輸出

10.提交計(jì)算任務(wù)

11.后處理4.3?實(shí)例分析－某汽車前橋轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析4.3.1?實(shí)例描述轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車底盤部分重要的受力零部件，承擔(dān)著轉(zhuǎn)向和承載的雙重任務(wù)，是汽車中結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的零件，它的機(jī)械性能和可靠性直接關(guān)系到汽車的安全性能。在汽車行駛過(guò)程中，它不僅承受前軸負(fù)載，在車輛轉(zhuǎn)向、制動(dòng)時(shí)還要承受條件惡劣的載荷作用，因此其在強(qiáng)度、抗沖擊性方面都有很高要求。為保證行車安全，對(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)進(jìn)行強(qiáng)度分析十分重要，一般要進(jìn)行側(cè)滑工況、不平路面工況、緊急制動(dòng)工況等計(jì)算。

本實(shí)例對(duì)汽車的典型轉(zhuǎn)向節(jié)零件建立仿真模型，模擬緊急制動(dòng)的特定工況，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析轉(zhuǎn)向節(jié)與節(jié)臂的連接轉(zhuǎn)向節(jié)安裝位置4.3?實(shí)例分析－某汽車前橋轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析4.3.2?操作步驟1.導(dǎo)入幾何模型2.網(wǎng)格剖分1）幾何清理詳細(xì)設(shè)置2）網(wǎng)格剖分詳細(xì)設(shè)置3.材料定義4.截面屬性的創(chuàng)建與賦予5.單元類型的定義與關(guān)聯(lián)6.創(chuàng)建分析工況7.施加載荷1）創(chuàng)建加載的柔性連接點(diǎn)2）施加集中力8.施加邊界條件1）創(chuàng)建邊界條件施加的剛性連接2）創(chuàng)建邊界條件9.創(chuàng)建計(jì)算任務(wù)10.后處理汽車前橋轉(zhuǎn)向節(jié)模型創(chuàng)建制動(dòng)工況位移與應(yīng)力云圖4.4?實(shí)例分析－某汽車白車身的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度分析（1）彎曲剛度是指在車身受到外部力作用時(shí)，車身產(chǎn)生彎曲變形的能力。彎曲剛度的高低直接影響到車身的剛性和穩(wěn)定性，高彎曲剛度可以提高車身的穩(wěn)定性和操控性能，減少車身的變形和振動(dòng)，提高乘坐舒適性和行駛穩(wěn)定性。（2）

扭轉(zhuǎn)剛度是指在車身受到扭轉(zhuǎn)力作用時(shí)，車身產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形的能力。扭轉(zhuǎn)剛度的高低直接影響到車身的扭轉(zhuǎn)剛性和操控性能，高扭轉(zhuǎn)剛度可以提高車身的操控性和穩(wěn)定性，減少車身的扭轉(zhuǎn)變形和振動(dòng)，提高行駛的穩(wěn)定性和安全性。在汽車設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，車身剛度是其中最重要的一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)之一，車身剛度直接影響到車輛的安全性、舒適性和性能。車身剛度主要分為整體剛度和局部剛度，而車身彎曲及扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計(jì)是車身NVH性能的基礎(chǔ)。4.4.1?示例描述4.4?實(shí)例分析－某汽車白車身的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度分析4.4.2?分析步驟1.導(dǎo)入計(jì)算文件2.檢查模型網(wǎng)格屬性賦予3.查看分析工況4.施加載荷5.施加邊界條件6.創(chuàng)建計(jì)算任務(wù)7.后處理7.施加載荷后處理變形結(jié)果顯示及動(dòng)畫(huà)設(shè)置第5章：車輛結(jié)構(gòu)模態(tài)分析《基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析

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模態(tài)分析是一種工程分析方法，用于研究結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)在不同振動(dòng)條件下的響應(yīng)。它主要通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的自然頻率、振型和阻尼比等參數(shù)，來(lái)確定結(jié)構(gòu)在自由振動(dòng)或強(qiáng)制振動(dòng)下的響應(yīng)情況，以及結(jié)構(gòu)在振動(dòng)條件下的穩(wěn)定性和耐久性等方面的性能。模態(tài)分析在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、故障診斷、材料研究、地震工程等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。5.1?模態(tài)分析概述（1/2）

模態(tài)分析是一種工程分析方法，用于研究結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)在不同振動(dòng)條件下的響應(yīng)。它主要通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的自然頻率、振型和阻尼比等參數(shù)，來(lái)確定結(jié)構(gòu)在自由振動(dòng)或強(qiáng)制振動(dòng)下的響應(yīng)情況，以及結(jié)構(gòu)在振動(dòng)條件下的穩(wěn)定性和耐久性等方面的性能。模態(tài)分析在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、故障診斷、材料研究、地震工程等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。模態(tài)是結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。這些模態(tài)參數(shù)可以由計(jì)算或試驗(yàn)分析取得，這樣一個(gè)計(jì)算或試驗(yàn)分析過(guò)程稱為模態(tài)分析。簡(jiǎn)單地說(shuō)，模態(tài)分析是根據(jù)結(jié)構(gòu)的固有特征，包括頻率、阻尼和模態(tài)振型，這些動(dòng)力學(xué)屬性去描述結(jié)構(gòu)的過(guò)程。有關(guān)振動(dòng)的計(jì)算分析我們經(jīng)常做的是模態(tài)分析，即頻率提??；穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)分析，即頻率響應(yīng)；隨機(jī)振動(dòng)分析，即隨機(jī)響應(yīng)。有時(shí)也有一些瞬態(tài)分析，例如瞬時(shí)模態(tài)響應(yīng)分析。本部分主要講解模態(tài)分析。最簡(jiǎn)單的模態(tài)分析就是對(duì)彈簧上自由振動(dòng)的質(zhì)量塊進(jìn)行的分析析。質(zhì)量塊-彈簧系統(tǒng)5.1?模態(tài)分析概述（2/2）無(wú)阻尼模態(tài)分析求解的基本方程是經(jīng)典的特征值問(wèn)題：式中，K是剛度矩陣；M質(zhì)量矩陣；φi是第i階模態(tài)的振型向量（特征向量）；ω2是第i階模態(tài)的固有頻率（ω2是特征值）。提取模態(tài)的有限元方法特點(diǎn)BlockLanczos法該方法是默認(rèn)的特征值求解器，用于提取大模型的多階模態(tài)，速度快，但是要求的內(nèi)存多。子空間（Subspace）法計(jì)算精度較高，但是速度比縮減法的慢，可用于提取大模型的少數(shù)階模態(tài)。PowerDynamic法用于提取大模型的少數(shù)階模態(tài)，對(duì)于網(wǎng)格較粗的模型只能得到近似值，適用于提取100000以上自由度模型特征值的快速求解?？s減（Reduced/Householder）法用于提取小模型的模態(tài)（10000以下自由度）。常做的模態(tài)分析一般采用的是BlockLanczos法5.2?實(shí)例分析－托架焊接組件的模態(tài)分析

作為車輛底盤的重要部件，托架的動(dòng)剛度性能直接影響車輛的機(jī)動(dòng)性和操控穩(wěn)定性，因此對(duì)托架的設(shè)計(jì)有較高要求。進(jìn)行模態(tài)分析是評(píng)估其動(dòng)剛度性能的重要手段，能夠全面了解結(jié)構(gòu)特性，找出薄弱環(huán)節(jié)和造成剛度偏低的原因。1.導(dǎo)入幾何模型

2.網(wǎng)格剖分

3.材料定義4.截面屬性的創(chuàng)建與賦予；5.單元類型的定義與關(guān)聯(lián)6.創(chuàng)建分析工況；7.施加載荷；8.施加邊界條件9.創(chuàng)建輸出；10.創(chuàng)建計(jì)算任務(wù)；11.后處理5.2.1實(shí)例描述5.2.2分析步驟幾何模型振型圖5.3?實(shí)例分析－某汽車白車身的自由模態(tài)分析5.3.1?實(shí)例描述

對(duì)白車身進(jìn)行模態(tài)分析就是使其結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中盡量避免共振和噪聲，加強(qiáng)其穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)計(jì)算方法與結(jié)果可以為實(shí)車試驗(yàn)提供參考和依據(jù)。

對(duì)于白車身的自由模態(tài)分析，最值得關(guān)注的就是車身的一階彎曲模態(tài)頻率與一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率。對(duì)于不同車型，其一階彎曲與一階扭轉(zhuǎn)的模態(tài)頻率范圍不同，根據(jù)分析結(jié)果確定模態(tài)頻率是否達(dá)標(biāo)，對(duì)不達(dá)標(biāo)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

MxSim支持多種格式的計(jì)算文件，本實(shí)例演示導(dǎo)入外部計(jì)算文件（.fem）計(jì)算某白車身的自由模態(tài)。白車身模型5.3?實(shí)例分析－某汽車白車身的自由模態(tài)分析5.3.2?分析步驟1、導(dǎo)入計(jì)算文件2、檢查模型網(wǎng)絡(luò)屬性賦予3、創(chuàng)建分析工況4、施加載荷5、施加邊界條件6、創(chuàng)建計(jì)算任務(wù)7、后處理變形前變形后一階彎曲模態(tài)5.4?實(shí)例分析－某新能源汽車電池pack包約束模態(tài)分析5.4.1?實(shí)例描述為了提高電動(dòng)汽車的能效和續(xù)航里程，新能源汽車開(kāi)發(fā)者通常先將高性能電池單體組成電池模塊，再將電池模塊組裝成電池包箱體，因此電池包箱體的設(shè)計(jì)和優(yōu)化對(duì)于整個(gè)電池系統(tǒng)性能而言至關(guān)重要。CAE分析可以快速確定最優(yōu)的電池包箱體結(jié)構(gòu)，縮短研發(fā)時(shí)間，降低研發(fā)成本，提高汽車動(dòng)力性能和安全性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化的技術(shù)需求與安全考量包括以下2個(gè)方面：提升電池系統(tǒng)性能：動(dòng)力電池PACK作為新能源汽車的“心臟”，其性能直接影響到整車的續(xù)航里程、加速性能以及使用壽命。通過(guò)模態(tài)分析，可以了解電池包在不同頻率下的振動(dòng)特性，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少共振現(xiàn)象，提高電池系統(tǒng)的整體性能。確保電池安全：電池PACK在復(fù)雜工況下（如高速行駛、急剎車、顛簸路面等）可能會(huì)受到各種動(dòng)態(tài)載荷，這些載荷可能導(dǎo)致電池包產(chǎn)生大變形，甚至引發(fā)短路、起火等安全問(wèn)題。通過(guò)約束模態(tài)分析，可以識(shí)別潛在的結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)，提前采取措施進(jìn)行改進(jìn)，確保電池系統(tǒng)的安全性。0102電池pack包模型列表查看頻率值及特征值5.4?實(shí)例分析－某新能源汽車電池pack包約束模態(tài)分析5.4.2?分析步驟1234檢查模型網(wǎng)格屬性賦予施加載荷導(dǎo)入計(jì)算文件：導(dǎo)入導(dǎo)入過(guò)程中可以切換到“命令行”界面，查看計(jì)算文件導(dǎo)入的實(shí)時(shí)狀態(tài)創(chuàng)建分析工況7施加邊界條件6創(chuàng)建計(jì)算任務(wù)5后處理：1）后處理振型結(jié)果顯示及設(shè)置2）列表查看頻率值及特征值后處理振型結(jié)果顯示及設(shè)置第六章：車輛結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析《基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析

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車輛結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析主要描述線性結(jié)構(gòu)承受隨時(shí)間按任意規(guī)律變化的載荷時(shí)的響應(yīng)。它可以確定結(jié)構(gòu)在靜載荷、瞬態(tài)載荷和正弦載荷的任意組合作用下隨時(shí)間變化的位移、應(yīng)變和應(yīng)力。由于載荷與時(shí)間具有相關(guān)性，因此質(zhì)量和阻尼效應(yīng)對(duì)分析十分重要。6.1?瞬態(tài)分析概述瞬態(tài)分析通過(guò)考慮結(jié)構(gòu)的慣性力和阻尼作用，研究結(jié)構(gòu)在隨時(shí)間變化的載荷作用下的響應(yīng)。這些響應(yīng)包括位移、速度、加速度、應(yīng)力和應(yīng)變等，它們隨時(shí)間的變化而變化。分析的目的在于預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在實(shí)際工作條件下的性能，確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。1、定義與目的瞬態(tài)分析基于結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程，這些方程通常包含質(zhì)量矩陣[M]、阻尼矩陣[C]和剛度矩陣[K]，以及節(jié)點(diǎn)位移向量{u}、節(jié)點(diǎn)速度向量{?}和節(jié)點(diǎn)加速度向量{ü}。通過(guò)求解這些方程，可以得到結(jié)構(gòu)在不同時(shí)間點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析（也稱為時(shí)間歷程分析）是用于確定承受任意隨時(shí)間變化載荷的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的一種方法?？梢杂盟矐B(tài)動(dòng)力學(xué)分析確定結(jié)構(gòu)在靜載荷、瞬態(tài)載荷和正弦載荷的任意組合作用下隨時(shí)間變化的位移、應(yīng)變和應(yīng)力。2、分析原理6.1?瞬態(tài)分析概述在進(jìn)行瞬態(tài)分析時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：準(zhǔn)確設(shè)置邊界條件和載荷：邊界條件和載荷的準(zhǔn)確性對(duì)分析結(jié)果具有重要影響。12考慮非線性特性的影響：對(duì)于涉及非線性特性的結(jié)構(gòu)，需要采用適當(dāng)?shù)那蠼夥椒ㄟM(jìn)行處理。34合理選擇時(shí)間步長(zhǎng)：時(shí)間步長(zhǎng)的選擇會(huì)影響分析結(jié)果的精度和計(jì)算效率。應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的固有頻率和響應(yīng)特性進(jìn)行合理選擇。結(jié)果驗(yàn)證：對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。6.2?實(shí)例分析－某新能源汽車電池pack包瞬態(tài)振動(dòng)分析6.2.1?實(shí)例描述新能源汽車，特別是電動(dòng)汽車，其核心部件之一便是動(dòng)力電池系統(tǒng)（PACK）。在車輛行駛過(guò)程中，動(dòng)力電池系統(tǒng)持續(xù)承受來(lái)自路面不平度、電機(jī)旋轉(zhuǎn)不平衡等多種因素引起的振動(dòng)載荷。這些振動(dòng)不僅會(huì)影響電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性，還可能對(duì)電池的性能和安全性造成潛在威脅。因此，對(duì)新能源汽車電池PACK包進(jìn)行瞬態(tài)振動(dòng)分析，評(píng)估其在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的性能和可靠性，是確保電動(dòng)汽車安全高效運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

近年來(lái)，隨著新能源汽車市場(chǎng)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)方法也在不斷完善。瞬態(tài)振動(dòng)分析作為其中關(guān)鍵的一環(huán)，已成為動(dòng)力電池系統(tǒng)研發(fā)、認(rèn)證和性能驗(yàn)證的重要手段。在仿真分析中，重點(diǎn)關(guān)注電池包的應(yīng)力分布情況和機(jī)械變形程度，分析電池包內(nèi)部的應(yīng)力和變形等參數(shù)，進(jìn)而評(píng)估電池包在剎車瞬態(tài)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)特性。電池pack包模型6.2?實(shí)例分析－某新能源汽車電池pack包瞬態(tài)振動(dòng)分析6.2.2?分析步驟

某新能源汽車電池pack包瞬態(tài)振動(dòng)分析主要包括以下內(nèi)容：結(jié)果分析：對(duì)求解結(jié)果進(jìn)行后處理，提取位移、速度、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變等關(guān)鍵信息，并評(píng)估電池PACK包在振動(dòng)載荷作用下的性能表現(xiàn)。重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力分布、疲勞壽命等方面。優(yōu)化建議：根據(jù)分析結(jié)果，提出針對(duì)電池PACK包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化建議，以提高其抗振動(dòng)性能和可靠性。求解設(shè)置：選擇合適的求解方法和時(shí)間步長(zhǎng)，對(duì)建立的有限元模型進(jìn)行瞬態(tài)振動(dòng)求解。求解過(guò)程中，需要考慮結(jié)構(gòu)的慣性力和阻尼作用，以及可能的非線性特性。0304邊界條件與載荷施加：根據(jù)電池PACK包在車輛中的實(shí)際安裝位置和工況，施加相應(yīng)的邊界條件和隨時(shí)間變化的振動(dòng)載荷。這些載荷通常來(lái)源于路面不平度、電機(jī)振動(dòng)等。模型建立：首先，需要建立電池PACK包的有限元模型，包括幾何模型、網(wǎng)格劃分、材料屬性定義等。模型的準(zhǔn)確性直接影響分析結(jié)果的可靠性。0102分析步驟6.2?實(shí)例分析－某新能源汽車電池pack包瞬態(tài)振動(dòng)分析6.2.2?分析步驟具體操作1、導(dǎo)入計(jì)算文件

3、創(chuàng)建分析工況5、施加載荷7、后處理2、檢查模型網(wǎng)格屬性賦予4、施加邊界條件6、創(chuàng)建計(jì)算任務(wù)瞬態(tài)響應(yīng)云圖6.3?實(shí)例分析－某汽車主軸的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析6.3.1?實(shí)例描述汽車主軸作為汽車的關(guān)鍵零部件，主要用于傳遞汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)的扭矩，并平衡汽車的方向，其動(dòng)力學(xué)性能的好壞直接影響著傳動(dòng)精度與轉(zhuǎn)向精度。通過(guò)有限元仿真分析可以在設(shè)計(jì)階段時(shí)評(píng)估結(jié)構(gòu)的性能，優(yōu)化產(chǎn)品特性，提高使用壽命和安全性。在進(jìn)行汽車主軸的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，需要注意以下要點(diǎn)：6.3?實(shí)例分析－某汽車主軸的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析6.3.1?實(shí)例描述在建模過(guò)程中，需要充分考慮主軸的幾何形狀、材料屬性以及連接關(guān)系等因素，確保模型能夠真實(shí)反映主軸的實(shí)際情況。1、模型準(zhǔn)確性通過(guò)選擇合適的求解方法、優(yōu)化網(wǎng)格劃分、調(diào)整時(shí)間步長(zhǎng)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，需要注意求解過(guò)程中可能出現(xiàn)的收斂性問(wèn)題，確保求解過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性。3、求解精度與效率在施加載荷時(shí)，需要根據(jù)主軸的實(shí)際工作條件進(jìn)行綜合考慮，確保載荷的幅值、頻率和波形等參數(shù)能夠真實(shí)反映主軸在行駛過(guò)程中受到的動(dòng)態(tài)載荷。2、載荷合理性通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比、使用不同的求解方法或調(diào)整參數(shù)等方式進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)，需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行深入分析，找出可能存在的薄弱環(huán)節(jié)和潛在風(fēng)險(xiǎn)，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有力支持。4、結(jié)果驗(yàn)證與分析添加標(biāo)題幾何模型6.3?實(shí)例分析－某汽車主軸的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析6.3.2?分析步驟導(dǎo)入幾何模型1）幾何清理詳細(xì)設(shè)置‘2）網(wǎng)格剖分詳細(xì)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)剖析材料定義截面屬性的創(chuàng)建與賦予創(chuàng)建剛性連接單元類型的定義與關(guān)聯(lián)1）瞬態(tài)響應(yīng)云圖；2）瞬態(tài)響應(yīng)曲線后處理創(chuàng)建計(jì)算任務(wù)施加載荷施加邊界條件1）創(chuàng)建阻尼曲線；2）創(chuàng)建分析工況創(chuàng)建分析工況2345678910111瞬態(tài)響應(yīng)曲線第七章：車輛結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析《基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析

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本章介紹了車輛中的諧響應(yīng)的概念及其分析的意義，以減速器箱體為例，全面演示了使用MxSim進(jìn)行車輛結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析的過(guò)程，包括導(dǎo)入幾何模型、網(wǎng)格剖分、材料定義、截面屬性的創(chuàng)建與賦予、創(chuàng)建剛性連接、單元類型的定義與關(guān)聯(lián)、創(chuàng)建分析工況、施加邊界條件、施加載荷、創(chuàng)建計(jì)算任務(wù)、后處理等步驟。本章體現(xiàn)了諧響應(yīng)分析的操作特點(diǎn)，有助于讀者掌握諧響應(yīng)分析的實(shí)際操作方法。7.1?諧響應(yīng)分析概述諧響應(yīng)分析(HarmonicResponseAnalysis)用于確定線性結(jié)構(gòu)在承受一個(gè)或多個(gè)隨時(shí)間按正弦(簡(jiǎn)諧)規(guī)律變化的載荷時(shí)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)，分析過(guò)程中只計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動(dòng)，不考慮激振開(kāi)始時(shí)的瞬態(tài)振動(dòng)。1、諧響應(yīng)分析概念諧響應(yīng)分析的原理基于線性系統(tǒng)的性質(zhì)。線性系統(tǒng)具有輸入和輸出之間的線性關(guān)系，這意味著系統(tǒng)對(duì)于任何輸入信號(hào)都會(huì)有一個(gè)確定的輸出響應(yīng)。在諧響應(yīng)分析中，我們將輸入信號(hào)設(shè)定為單一頻率的正弦波，并測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于該輸入信號(hào)的響應(yīng)。通過(guò)改變輸入信號(hào)的頻率，我們可以得到系統(tǒng)的頻率響應(yīng)曲線2、諧響應(yīng)分析的原理7.1?諧響應(yīng)分析概述3.諧響應(yīng)分析的目的及應(yīng)用諧響應(yīng)分析的目的在于計(jì)算出結(jié)構(gòu)在幾種頻率下得響應(yīng)值(通常是位移)對(duì)頻率的曲線，從這些曲線上可以找到“峰值”響應(yīng)，并進(jìn)一步考慮頻率對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。從而使設(shè)計(jì)人員能預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的持續(xù)性動(dòng)力特性，驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否能克服共振、疲勞以及其他受迫振動(dòng)引起的有害效果。其在電力系統(tǒng)、機(jī)械工程、醫(yī)學(xué)應(yīng)用等方面有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

車輛中的諧響應(yīng)分析是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)車輛的諧響應(yīng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬和分析的方法。在車輛運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)結(jié)構(gòu)固有頻率與外界激勵(lì)頻率及激勵(lì)力相吻合時(shí)，車身或車內(nèi)的某些部位可能會(huì)產(chǎn)生共振，從而產(chǎn)生噪聲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞車輛結(jié)構(gòu)。

諧響應(yīng)分析可以通過(guò)模擬車輛在不同速度、不同路況下的簡(jiǎn)諧振動(dòng)響應(yīng)，快速判斷結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的共振頻率范圍，分析車身、車架、懸掛車輪、輪胎等系統(tǒng)的共振特性，以及吸振材料的作用等，從而優(yōu)化車輛的動(dòng)力學(xué)性能。7.2?實(shí)例分析－某減速器箱體的諧響應(yīng)分析7.2.1?實(shí)例描述汽車減速器作為汽車動(dòng)力傳送的關(guān)鍵部件，其性能對(duì)整車的正常運(yùn)行及其NVH性能有著極其重要的影響。在汽車運(yùn)行過(guò)程中，減速器箱體所受的激勵(lì)極其復(fù)雜，當(dāng)激勵(lì)的頻率與箱體固有頻率接近或吻合時(shí)，箱體會(huì)不可避免地發(fā)生共振，嚴(yán)重的會(huì)使減速器箱體產(chǎn)生變形，這將影響齒輪的對(duì)中效果，導(dǎo)致箱體疲勞破壞，影響齒輪系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，使車輛無(wú)法正常工作。一般來(lái)說(shuō)，箱體所受的動(dòng)載荷對(duì)其產(chǎn)生的破壞要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于靜載荷的影響，因此非常有必要對(duì)減速器箱體的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。減速器箱體模型頻響曲線7.2?實(shí)例分析－某減速器箱體的諧響應(yīng)分析7.2.1?步驟分析（具體操作）導(dǎo)入幾何圖形1）幾何清理詳細(xì)設(shè)置；2）網(wǎng)格剖分詳細(xì)設(shè)置。網(wǎng)格剖分材料定義截面屬性的創(chuàng)建與賦予1）創(chuàng)建施加約束的剛性連接；2）創(chuàng)建模擬螺栓連接的剛性連接；3）創(chuàng)建用于施加載荷及定義輸出的剛性連接。創(chuàng)建剛性連接單元類型的定義與聯(lián)系1）諧響應(yīng)位移云圖；2）輸出特定節(jié)點(diǎn)處的頻響曲線；3）記錄節(jié)點(diǎn)編號(hào)后處理創(chuàng)