基於MxSim的車輛結構有限元分析

第 1 章 緒論 …………………………………………………………………………………… 001
1.1 數值分析方法 ……………………………………………………………………………… 001
1.2 有限元法概述 ……………………………………………………………………………… 003
1.2.1 有限元法的誕生及發展 ………………………………………………………………… 003
1.2.2 有限元法的基本思想 …………………………………………………………………… 004
1.2.3 有限元法的應用及發展趨勢 …………………………………………………………… 004
1.3 CAE 商業軟件的發展 ……………………………………………………………………… 005
1.4 汽車 CAE 技術發展概述 …………………………………………………………………… 007

第 2 章 CAE 分析基礎…………………………………………………………………… …… 009
2.1 有限元分析基礎 …………………………………………………………………………… 010
2.1.1 彈性力學的基本方程和變分原理 ……………………………………………………… 010
2.1.2 彈性力學平面問題的有限元格式 ……………………………………………………… 018
2.1.3 單元剛度矩陣 …………………………………………………………………………… 024
2.1.4 隱式求解與顯式求解 …………………………………………………………………… 026
2.2 CAE 分析 …………………………………………………………………………………… 026
2.2.1 CAE 分析的要點和特點 ………………………………………………………………… 026
2.2.2 CAE 分析的計算精度 …………………………………………………………………… 027
2.2.3 CAE 分析的計算效率 …………………………………………………………………… 029
2.3 MxSim 分析軟件簡介 ……………………………………………………………………… 030
2.3.1 MxSim.Mechanical 隱式求解器簡介 …………………………………………………… 030
2.3.2 MxSim.Dyna 顯式求解器簡介 ………………………………………………………… 031
2.3.3 MxSim 用戶界面簡介 …………………………………………………………………… 031

第 3 章 基於 MxSim 的車輛結構 CAE 分析 ……………………………………………… 038
3.1 概述 ………………………………………………………………………………………… 039
3.2 幾何建模與簡化 …………………………………………………………………………… 039
3.2.1 降維處理 ………………………………………………………………………………… 039
3.2.2 細節簡化與幾何形狀的近似 …………………………………………………………… 040
3.2.3 結構對稱性的利用 ……………………………………………………………………… 040
3.2.4 MxSim 建模 ……………………………………………………………………………… 041
3.3 網格剖分 …………………………………………………………………………………… 044
3.3.1 常見的網格種類 ………………………………………………………………………… 045
3.3.2 網格剖分原則 …………………………………………………………………………… 046
3.3.3 選擇網格類型 …………………………………………………………………………… 048
3.3.4 特殊結構處理 …………………………………………………………………………… 049
3.3.5 MxSim 中的網格剖分 …………………………………………………………………… 050
3.4 材料 ………………………………………………………………………………………… 052
3.4.1 常用的材料模型 ………………………………………………………………………… 052
3.4.2 其他材料模型 …………………………………………………………………………… 054
3.5 分析工況定義 ……………………………………………………………………………… 064
3.5.1 線性工況和非線性工況 ………………………………………………………………… 065
3.5.2 靜力學問題和動力學問題 ……………………………………………………………… 065
3.5.3 顯式分析和隱式分析 …………………………………………………………………… 065
3.5.4 MxSim 中的分析工況 …………………………………………………………………… 066
3.6 連接 ………………………………………………………………………………………… 074
3.7 接觸 ………………………………………………………………………………………… 074
3.8 邊界條件與載荷 …………………………………………………………………………… 075
3.8.1 位移約束條件 …………………………………………………………………………… 075
3.8.2 載荷類型 ………………………………………………………………………………… 077
3.9 拓撲優化 …………………………………………………………………………………… 081
3.10 疲勞分析 …………………………………………………………………………………… 083
3.11 計算求解 …………………………………………………………………………………… 084
3.11.1 輸出設置 ……………………………………………………………………………… 084
3.11.2 計算任務 ……………………………………………………………………………… 084
3.12 後處理 ……………………………………………………………………………………… 085
3.12.1 雲圖窗口 ……………………………………………………………………………… 086
3.12.2 動態效果查看 ………………………………………………………………………… 089
3.12.3 時程曲線查看 ………………………………………………………………………… 089

第 4 章 車輛結構靜力分析 ………………………………………………………………… … 092
4.1 靜力分析概述 ……………………………………………………………………………… 093
4.2 實例分析—工字梁結構靜力分析 ……………………………………………………… 094
4.2.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 094
4.2.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 094
4.3 實例分析—某汽車前橋轉向節的結構靜力分析 ……………………………………… 105
4.3.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 105
4.3.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 105
4.4 實例分析—某汽車白車身的彎曲和扭轉剛度分析 …………………………………… 114
4.4.1 實例描述 ……………………………………………………………………………… … 114
4.4.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 115

第 5 章 車輛結構模態分析 ……………………………………………………………… … … 120
5.1 模態分析概述 ……………………………………………………………………………… 121
5.2 實例分析—托架焊接組件的模態分析 ………………………………………………… 123
5.2.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 123
5.2.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 123
5.3 實例分析—某汽車白車身的自由模態分析 …………………………………………… 132
5.3.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 132
5.3.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 132
5.4 實例分析—某新能源汽車電池包箱體約束模態分析 ………………………………… 138
5.4.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 138
5.4.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 139

第 6 章 車輛結構瞬態分析 …………………………………………………………………… 145
6.1 瞬態分析概述 ……………………………………………………………………………… 146
6.2 實例分析—某新能源汽車電池包瞬態振動分析 ……………………………………… 146
6.2.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 146
6.2.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 146
6.3 實例分析—某汽車主軸的瞬態動力學分析 …………………………………………… 155
6.3.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 155
6.3.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 155

第 7 章 車輛結構諧響應分析 ………………………………………………………………… 167
7.1 諧響應分析概述 …………………………………………………………………………… 168
7.2 實例分析—某減速器箱體的諧響應分析 ……………………………………………… 168
7.2.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 168
7.2.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 168

第 8 章 車輛碰撞安全性分析 …………………………………………………………………… 181
8.1 車輛碰撞安全性分析概述 ………………………………………………………………… 182
8.2 實例分析—汽車前保險杠碰撞分析 …………………………………………………… 184
8.2.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 184
8.2.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 184
8.3 實例分析—簡易卡車碰撞安全性模擬 ………………………………………………… 195
8.3.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 195
8.3.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 195

第 9 章 展望 …………………………………………………………………………………… 206
9.1 CAE 軟件領域技術展望 …………………………………………………………………… 206
9.2 工業軟件輔助技術發展展望 ……………………………………………………………… 207
9.2.1 工業雲平臺技術 ………………………………………………………………………… 207
9.2.2 軟件雲化技術 …………………………………………………………………………… 208
9.2.3 硬件技術 ………………………………………………………………………………… 208
9.2.4 雲端數據管理與分析 …………………………………………………………………… 209
9.2.5 輔助工具 ………………………………………………………………………………… 209
9.3 國創數字化模擬雲平臺 …………………………………………………………………… 209
9.3.1 雲資源管理 ……………………………………………………………………………… 210
9.3.2 設計數據管理 …………………………………………………………………………… 210
9.3.3 模擬數據管理 …………………………………………………………………………… 210
9.3.4 模擬工具鏈 ……………………………………………………………………………… 212