基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析課件匯 第4-9章 車輛結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析-車輛碰撞安全分析、展望

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

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結(jié)構(gòu)靜力分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計和強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)，主要目標(biāo)是在固定載荷的作用下計算結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，包括位移、應(yīng)力、應(yīng)變、力，同時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，假設(shè)結(jié)構(gòu)的變形（位移）相對于結(jié)構(gòu)的整體尺寸來說很小，因此可以采用線性方程進(jìn)行計算。從應(yīng)用的角度來看，結(jié)構(gòu)的靜力分析通常是評估許多結(jié)構(gòu)設(shè)計問題的有效方法。

在車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計中，靜力分析被廣泛應(yīng)用，如對車架和車橋的強(qiáng)度與剛度進(jìn)行分析，對軸類零件和傳動零件進(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于慣性參考系（通常為地球）處于靜止或勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)，即加速度為零的狀態(tài)。靜力學(xué)一詞由法國數(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)雜的力系簡化為簡單的力系，以便于分析。（2）等效力系與合力的概念，即如果兩個力系分別作用于剛體時產(chǎn)生的外效應(yīng)相同，則稱這兩個力系是等效力系。力系的簡化與等效（1）平衡：物體相對于慣性參考系保持靜止或勻速直線運(yùn)動的狀態(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、性能研究、懸掛系統(tǒng)和制動系統(tǒng)的設(shè)計，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)計和施工中，通過受力分析，確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。機(jī)械工程設(shè)計機(jī)械組件和機(jī)械系統(tǒng)時，分析力的平衡條件，確定各部件之間的受力關(guān)系，設(shè)計出穩(wěn)定和可靠的機(jī)械系統(tǒng)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計通過靜力學(xué)分析，計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)的一類問題。在線性靜力分析中必須滿足以下三個假設(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)生的變形相對于系統(tǒng)整體尺寸非常小，變形并不

顯著影響整個系統(tǒng)的剛度。3、固定裁荷線性靜力學(xué)問題中假設(shè)載荷和約束并不隨時間發(fā)生變化，載荷的加載過程是一個非常均勻緩慢的過程。2、線性材料線性靜力學(xué)問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。只有滿足上述三個基本假設(shè)才屬于常見的線性靜力學(xué)問題，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。對于工字梁鋼架結(jié)構(gòu)，通常都需要對鋼梁的應(yīng)力及撓度進(jìn)行分析。

本案例通過MxSim有限元軟件對此材料力學(xué)的問題進(jìn)行了分析，相比利用材料力學(xué)知識的理論計算，不僅結(jié)果計算準(zhǔn)確簡潔還能將結(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。本實(shí)訓(xùn)的目的是使學(xué)生學(xué)會掌握MxSim在三維實(shí)體建模方面的一些技術(shù)，并深刻體會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。在汽車行駛過程中，它不僅承受前軸負(fù)載，在車輛轉(zhuǎn)向、制動時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、緊急制動工況等計算。

本實(shí)例對汽車的典型轉(zhuǎn)向節(jié)零件建立仿真模型，模擬緊急制動的特定工況，對結(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)建計算任務(wù)10.后處理汽車前橋轉(zhuǎn)向節(jié)模型創(chuàng)建制動工況位移與應(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，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，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，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，提高行駛的穩(wěn)定性和安全性。在汽車設(shè)計制造過程中，車身剛度是其中最重要的一個設(shè)計指標(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)果顯示及動畫設(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)在不同振動條件下的響應(yīng)。它主要通過分析結(jié)構(gòu)的自然頻率、振型和阻尼比等參數(shù)，來確定結(jié)構(gòu)在自由振動或強(qiáng)制振動下的響應(yīng)情況，以及結(jié)構(gòu)在振動條件下的穩(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、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)在不同振動條件下的響應(yīng)。它主要通過分析結(jié)構(gòu)的自然頻率、振型和阻尼比等參數(shù)，來確定結(jié)構(gòu)在自由振動或強(qiáng)制振動下的響應(yīng)情況，以及結(jié)構(gòu)在振動條件下的穩(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、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)的固有振動特性，每一個模態(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)可以由計算或試驗(yàn)分析取得，這樣一個計算或試驗(yàn)分析過程稱為模態(tài)分析。簡單地說，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，這些動力學(xué)屬性去描述結(jié)構(gòu)的過程。有關(guān)振動的計算分析我們經(jīng)常做的是模態(tài)分析，即頻率提??；穩(wěn)態(tài)動態(tài)分析，即頻率響應(yīng)；隨機(jī)振動分析，即隨機(jī)響應(yīng)。有時也有一些瞬態(tài)分析，例如瞬時模態(tài)響應(yīng)分析。本部分主要講解模態(tài)分析。最簡單的模態(tài)分析就是對彈簧上自由振動的質(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）無阻尼模態(tài)分析求解的基本方程是經(jīng)典的特征值問題：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。縮減（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，托架的動剛度性能直接影響車輛的機(jī)動性和操控穩(wěn)定性，因此對托架的設(shè)計有較高要求。進(jìn)行模態(tài)分析是評估其動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

對白車身進(jìn)行模態(tài)分析就是使其結(jié)構(gòu)在設(shè)計中盡量避免共振和噪聲，加強(qiáng)其穩(wěn)定性和安全性，同時計算方法與結(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支持多種格式的計算文件，本實(shí)例演示導(dǎo)入外部計算文件（.fem）計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汽車的能效和續(xù)航里程，新能源汽車開發(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)計和優(yōu)化對于整個電池系統(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)時間，降低研發(fā)成本，提高汽車動力性能和安全性。系統(tǒng)設(shè)計及優(yōu)化的技術(shù)需求與安全考量包括以下2個方面：提升電池系統(tǒng)性能：動力電池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。通過模態(tài)分析，可以了解電池包在不同頻率下的振動特性，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，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）可能會受到各種動態(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、起火等安全問題。通過約束模態(tài)分析，可以識別潛在的結(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)入計算文件：導(dǎo)入導(dǎo)入過程中可以切換到“命令行”界面，查看計算文件導(dǎo)入的實(shí)時狀態(tài)創(chuàng)建分析工況7施加邊界條件6創(chuàng)建計算任務(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)承受隨時間按任意規(guī)律變化的載荷時的響應(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間變化的位移、應(yīng)變和應(yīng)力。由于載荷與時間具有相關(guān)性，因此質(zhì)量和阻尼效應(yīng)對分析十分重要。6.1?瞬態(tài)分析概述瞬態(tài)分析通過考慮結(jié)構(gòu)的慣性力和阻尼作用，研究結(jié)構(gòu)在隨時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，它們隨時間的變化而變化。分析的目的在于預(yù)測結(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}。通過求解這些方程，可以得到結(jié)構(gòu)在不同時間點(diǎn)的動力學(xué)響應(yīng)。瞬態(tài)動力學(xué)分析（也稱為時間歷程分析）是用于確定承受任意隨時間變化載荷的結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)的一種方法。可以用瞬態(tài)動力學(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，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)確性對分析結(jié)果具有重要影響。12考慮非線性特性的影響：對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合理選擇時間步長：時間步長的選擇會影響分析結(jié)果的精度和計算效率。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)振動分析6.2.1?實(shí)例描述新能源汽車，特別是電動汽車，其核心部件之一便是動力電池系統(tǒng)（PACK）。在車輛行駛過程中，動力電池系統(tǒng)持續(xù)承受來自路面不平度、電機(jī)旋轉(zhuǎn)不平衡等多種因素引起的振動載荷。這些振動不僅會影響電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性，還可能對電池的性能和安全性造成潛在威脅。因此，對新能源汽車電池PACK包進(jìn)行瞬態(tài)振動分析，評估其在動態(tài)環(huán)境下的性能和可靠性，是確保電動汽車安全高效運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

近年來，隨著新能源汽車市場的快速發(fā)展，國內(nèi)外對動力電池系統(tǒng)的測試標(biāo)準(zhǔn)和評價方法也在不斷完善。瞬態(tài)振動分析作為其中關(guān)鍵的一環(huán)，已成為動力電池系統(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)而評估電池包在剎車瞬態(tài)過程中的結(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)振動分析6.2.2?分析步驟

某新能源汽車電池pack包瞬態(tài)振動分析主要包括以下內(nèi)容：結(jié)果分析：對求解結(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，并評估電池PACK包在振動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，提出針對電池PACK包結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化建議，以提高其抗振動性能和可靠性。求解設(shè)置：選擇合適的求解方法和時間步長，對建立的有限元模型進(jìn)行瞬態(tài)振動求解。求解過程中，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)的邊界條件和隨時間變化的振動載荷。這些載荷通常來源于路面不平度、電機(jī)振動等。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)振動分析6.2.2?分析步驟具體操作1、導(dǎo)入計算文件

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)彎時的扭矩，并平衡汽車的方向，其動力學(xué)性能的好壞直接影響著傳動精度與轉(zhuǎn)向精度。通過有限元仿真分析可以在設(shè)計階段時評估結(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)動力學(xué)分析時，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)動力學(xué)分析6.3.1?實(shí)例描述在建模過程中，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)確性通過選擇合適的求解方法、優(yōu)化網(wǎng)格劃分、調(diào)整時間步長等方式來實(shí)現(xiàn)。同時，需要注意求解過程中可能出現(xiàn)的收斂性問題，確保求解過程的穩(wěn)定性和可靠性。3、求解精度與效率在施加載荷時，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)反映主軸在行駛過程中受到的動態(tài)載荷。2、載荷合理性通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比、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，需要對結(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，為優(yōu)化設(shè)計提供有力支持。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

》本章導(dǎo)讀效果預(yù)覽1

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)在承受一個或多個隨時間按正弦(簡諧)規(guī)律變化的載荷時的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的一種技術(shù)，分析過程中只計算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)受迫振動，不考慮激振開始時的瞬態(tài)振動。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)對于任何輸入信號都會有一個確定的輸出響應(yīng)。在諧響應(yīng)分析中，我們將輸入信號設(shè)定為單一頻率的正弦波，并測量系統(tǒng)對于該輸入信號的響應(yīng)。通過改變輸入信號的頻率，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)分析的目的在于計算出結(jié)構(gòu)在幾種頻率下得響應(yīng)值(通常是位移)對頻率的曲線，從這些曲線上可以找到“峰值”響應(yīng)，并進(jìn)一步考慮頻率對應(yīng)的應(yīng)力。從而使設(shè)計人員能預(yù)測結(jié)構(gòu)的持續(xù)性動力特性，驗(yàn)證設(shè)計是否能克服共振、疲勞以及其他受迫振動引起的有害效果。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)用價值。

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

諧響應(yīng)分析可以通過模擬車輛在不同速度、不同路況下的簡諧振動響應(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力傳送的關(guān)鍵部件，其性能對整車的正常運(yùn)行及其NVH性能有著極其重要的影響。在汽車運(yùn)行過程中，減速器箱體所受的激勵極其復(fù)雜，當(dāng)激勵的頻率與箱體固有頻率接近或吻合時，箱體會不可避免地發(fā)生共振，嚴(yán)重的會使減速器箱體產(chǎn)生變形，這將影響齒輪的對中效果，導(dǎo)致箱體疲勞破壞，影響齒輪系統(tǒng)工作穩(wěn)定性，使車輛無法正常工作。一般來說，箱體所受的動載荷對其產(chǎn)生的破壞要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于靜載荷的影響，因此非常有必要對減速器箱體的動態(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)編號后處理創(chuàng)建計算任務(wù)施加載荷1）創(chuàng)建載荷曲線；2）創(chuàng)建集中力載荷；3）創(chuàng)建諧響應(yīng)分析動態(tài)載荷施加邊界條件創(chuàng)建分析工況23456789101111）創(chuàng)建阻尼曲線；2）創(chuàng)建分析工況。件第八章：車輛碰撞安全性分析《基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析

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汽車的碰撞安全性決定了因碰撞造成的乘員受害程度。車輛碰撞安全性分析就是通過對車身結(jié)構(gòu)的材料和設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，使其獲得合理的耐撞性和吸能性，以保障車內(nèi)乘員有足夠的生存空間，以及車外行人受到最低限度的傷害；對乘員約束系統(tǒng)進(jìn)行研究，通過合理布置安全帶、安全氣囊等，或者應(yīng)用自適應(yīng)約束系統(tǒng)技術(shù)，降低在碰撞發(fā)生時乘員受到的沖擊傷害及二次碰撞傷害。另外，在人體生物力學(xué)的基礎(chǔ)上，對乘員及行人的損傷機(jī)理和撞擊響應(yīng)進(jìn)行分析，以設(shè)計車身安全結(jié)構(gòu)和車外安全裝置，也是汽車被動安全技術(shù)的重點(diǎn)研究方向效果預(yù)覽8.1?車輛碰撞安全分析概述常見的車輛碰撞事故形式包括正碰、側(cè)碰、后碰、偏置碰、翻滾、車與行人的碰撞等。通常一輛整車是由2萬多個零部件組成的，一個完備的整車碰撞仿真建模雖然采用了大量的簡化方式，但仍涉及繁多的總成，如白車身、車身開閉件（四門兩蓋，即前后車門、發(fā)動機(jī)艙蓋、后備廂蓋或尾門）、座椅、假人、乘員保護(hù)系統(tǒng)（安全帶和安全氣囊）、底盤結(jié)構(gòu)（懸架系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等）、發(fā)動機(jī)/電驅(qū)動系統(tǒng)、內(nèi)飾結(jié)構(gòu)、輪胎等。從數(shù)值仿真的角度來看，整車碰撞仿真是一個高度非線性過程，碰撞是一個瞬時大變形過程。

動態(tài)約束法（KinematicConstraintMethod）罰函數(shù)法（PenaltyFunctionMethod）分布參數(shù)法（DistributedParameteMethod目前主流商業(yè)軟件對于接觸問題的處理，主要包含三種算法。整車碰撞仿真中與接觸相關(guān)的項(xiàng)8.2?實(shí)例分析——汽車前保險杠碰撞分析8.2.1?實(shí)例描述前保險杠是汽車正碰主要吸能部件，在很大程度上決定了汽車的耐撞性與安全性。大多數(shù)學(xué)者對前保險杠的研究主要集中在前縱梁的截面、厚度、材料及其誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)等方面，但少有學(xué)者對實(shí)車前保險杠系統(tǒng)進(jìn)行分析。本案例演示對汽車前保險杠的碰撞分析。前保險杠結(jié)構(gòu)圖8.3?實(shí)例分析－簡易卡車碰撞安全性仿真8.3.1?實(shí)例描述

車輛碰撞仿真技術(shù)是基于CAE軟件，通過一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，在給定若干已知參數(shù)的情況下，模擬車輛碰撞的過程。通過CAE軟件仿真分析，能夠分析車身主要結(jié)構(gòu)部件的碰撞變形及動態(tài)響應(yīng)，評估車輛結(jié)構(gòu)變化對車身碰撞后生存空間的影響，預(yù)測車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，提出切實(shí)可行的改進(jìn)措施，以指導(dǎo)產(chǎn)品研發(fā)，從而為汽車安全性能的提高提供必要的數(shù)據(jù)參考和理論指導(dǎo)。幾何模型8.3?實(shí)例分析－簡易卡車碰撞安全性仿真8.3.2?分析步驟（具體步驟）導(dǎo)入計算文件材料定義檢查模型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建分析工況施加載荷施加邊界條件創(chuàng)建計算任務(wù)創(chuàng)建輸出創(chuàng)建接觸創(chuàng)建連接施加初始條件234567891011112后處理后處理云圖設(shè)置第九章：展望《基于MxSim的車輛結(jié)構(gòu)有限元分析

》9.1?CAE軟件領(lǐng)域技術(shù)展望

在全球范圍內(nèi)，汽車CAE軟件產(chǎn)業(yè)已相當(dāng)成熟，美國Ansys公司、AltairEngineering公司和法國DassaultSystèmes公司等，憑借技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢在國際市場占有重要地位。我國汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，推動汽車CAE軟件需求的持續(xù)增長，國內(nèi)企業(yè)紛紛布局CAE軟件產(chǎn)品。然而，相較于國際成熟軟件產(chǎn)品，我國CAE軟件在算法成熟度、用戶界面友好度和工程應(yīng)用穩(wěn)定性等方面仍存在一定差距。但隨著研發(fā)投入的不斷增加和行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的累積，國內(nèi)CAE軟件正在逐步優(yōu)化升級，市場份額逐步擴(kuò)大，并在某些特定細(xì)分市場中展現(xiàn)出強(qiáng)競爭力。國外CAE軟件產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)先地位得益于全球化的市場戰(zhàn)略和本地化的服務(wù)支持，為全球車企提供專業(yè)化解決現(xiàn)狀方案。

汽車CAE軟件產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)正在經(jīng)歷技術(shù)創(chuàng)新與市場擴(kuò)展的雙重推動。9.2?工業(yè)軟件輔助技術(shù)發(fā)展展望9.2.1?工業(yè)云平臺技術(shù)工業(yè)云平臺技術(shù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和靈活的集成性，能為企業(yè)建立一個統(tǒng)一產(chǎn)品開發(fā)業(yè)務(wù)流程、研發(fā)數(shù)據(jù)及研發(fā)工具的管理平臺，包括軟件上云、線上協(xié)同及數(shù)據(jù)上云。該技術(shù)支持汽車研發(fā)設(shè)計全生命周期流程的云端管理，貫通從汽車設(shè)計、仿真到測試驗(yàn)證的所有環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)汽車研發(fā)仿真的全流程化集成和管理、數(shù)據(jù)共享和協(xié)同設(shè)計；不僅促進(jìn)了跨部門、跨領(lǐng)域的數(shù)據(jù)流動和信息交流，提升了整體研發(fā)效率，而且保證了研發(fā)質(zhì)量，賦能整車企業(yè)和零部件廠商的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。9.2?工業(yè)軟件輔助技術(shù)發(fā)展展望9.2.1?工業(yè)云平臺技術(shù)數(shù)據(jù)上云線上協(xié)同軟件上云從單機(jī)軟件到云端軟件的轉(zhuǎn)變，成功解決了長期困擾企業(yè)的軟件孤島問題。將許可統(tǒng)一部署在云端，不僅可以實(shí)現(xiàn)軟件許可的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，更可以使軟件許可的自動調(diào)配成為可能，極大地增強(qiáng)了靈活性，有效避免了資源閑置。從傳統(tǒng)的線下任務(wù)分配模式轉(zhuǎn)型為線上協(xié)同任務(wù)分配模式，是解決軟件人員孤島問題、提升團(tuán)隊(duì)協(xié)作效率的關(guān)鍵步驟。通過智能化的任務(wù)分配系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)可以快速、準(zhǔn)確地根據(jù)成員的能力、工作量和項(xiàng)目需求，對任務(wù)進(jìn)行自動或手動分配。系統(tǒng)能夠?qū)崟r更新任務(wù)的狀態(tài)和進(jìn)度，每個團(tuán)隊(duì)成員都可以隨時查看任務(wù)列表，了解當(dāng)前的工作進(jìn)度。數(shù)據(jù)管理從本地離線到線上統(tǒng)籌的轉(zhuǎn)變，已經(jīng)成為解決軟件數(shù)據(jù)孤島問題的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)統(tǒng)一線上管理，極大地豐富了企業(yè)的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。過去，數(shù)據(jù)散落在各個部門、各個團(tuán)隊(duì)的本地存儲中，難以形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖。而現(xiàn)在，所有數(shù)據(jù)都集中存儲在線上平臺，形成寶貴的數(shù)據(jù)財富。9.2?工業(yè)軟件輔助技術(shù)發(fā)展展望9.2.2?軟件云化技術(shù)軟件云化一般可采用云原生技術(shù)、虛擬可視化技術(shù)等云計算技術(shù)，與AI大模型相結(jié)合，建設(shè)超大規(guī)模的云計算數(shù)據(jù)中心。軟件云化技術(shù)為操作簡單、遠(yuǎn)程可視化、輕量化、無感知的云端工業(yè)軟件的軟件服務(wù)提供了技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)了資源的高效調(diào)度和靈活分配，使企業(yè)可以按需獲取計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源，從而降低運(yùn)營成本，提高運(yùn)營效率。超大規(guī)模云計算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)正日益成熟，通過采用先進(jìn)的虛擬化技術(shù)和自動化管理工具，實(shí)現(xiàn)資源的高效調(diào)度和靈活分配。這使得企業(yè)可以按需獲取計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源，從而降低IT成本，提高運(yùn)營效率。云原生技術(shù)的興起為應(yīng)用開發(fā)和管理帶來了革命性的變化。虛擬可視化技術(shù)為工業(yè)軟件提供基于B/S架構(gòu)的、兼容不同操作系統(tǒng)的、跨平臺的遠(yuǎn)程虛擬應(yīng)用。云計算與AI、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的融合，催生出一系列新的應(yīng)用場景。例如，通過云計算平臺，企業(yè)可以輕松地處理和分析海量數(shù)據(jù)，從中挖掘出有價值的信息，并將其作為決策依據(jù)。GPU（圖形處理器）和CPU（中央處理器）作為計算機(jī)硬件技術(shù)的兩大核心，近年來都取得了顯著的技術(shù)進(jìn)步。目前光刻技術(shù)已經(jīng)達(dá)到4nm工藝。高性能GPU在圖形處理、物理模擬、數(shù)據(jù)分析和可視化等方面具有顯著優(yōu)勢。CPU的進(jìn)化，則不斷提高工業(yè)軟件計算速度，未來可完成更復(fù)雜的計算任務(wù)和更大量的數(shù)據(jù)處理能力。9.2.3?硬件技術(shù)9.2.4?云端數(shù)據(jù)管理與分析

云端數(shù)據(jù)管理是利用計算機(jī)硬件和軟件技術(shù)對數(shù)