汽车试验技术 课件 项目4 CAE虚拟试验技术

项目四CAE虚拟试验技术4.3.1常用CAE软件介绍

ANSYS软件是融结构，热，流体，电磁，声学于一体的大型通用有限元商用软件，可广泛应用于核工业，铁道，石油化工，航空航天，机械制造，能源，电子，造船，汽车交通，国防军工，土木工程，生物医学，轻工，地矿，水利，日用家电等一般工业及科学研究，是目前最主要的有限元（FiniteElementAnalysis，简称FEA）程序。该软件可在大多数计算机及操作系统上运行；ANSYS基于Motif的菜单系统使用户能够通过对话框，下拉式菜单和子菜单进行数据输入和功能选择，大大方便了用户操作。ANSYS软件能于大多数CAD软件实现数据共享和交换，是现代产品设计中高级的CAD/CAE软件之一。ANSYS公司成立于1970年，是由美国匹兹堡大学的JohnSwanson博士创建的，其总部位于美国宾夕法尼亚州的匹兹堡，目前是世界CAE行业最大的公司。50余年来，ANSYS公司一直致力于设计分析软件的开发，不断吸取新的计算方法和计算技术，领导着世界有限元技术的发展。ANSYSHyperworks美国Altair公司开发的HyperWorks是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成设计与分析所需各种工具，具有无比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面。HyperWorks包括以下模块：a)AltairHyperMesh高性能、开放式有限单元前后处理器，让您在一个高度交互和可视化的环境下验证及分析多种设计情况。b)AltairMotionView通用多体系统动力学仿真及工程数据前后处理器，它在一个直观的用户界面中结合了交互式三维动画和强大无比的曲线图绘制功能。c）AltairHyperGraph强大的数据分析和图表绘制工具，具有多种流行的工程文件格式接口、强大的数据分析和图表绘制功能、以及先进的定制能力和高质量的报告生成器。d)AltairHyperForm集成HyperMesh强大的功能和金属成型单步求解器，是一个使用逆向逼近方法的金属板材成型仿真有限元软件。e)AltairHyperOpt使用各种分析软件进行参数研究和模型调整的非线性优化工具。f)AltairOptiStruct世界领先的基于有限元的优化工具，使用拓扑优化方法进行概念设计。g)AltairOptiStruct/FEA基本线性静态、特征值分析模块。

目前，Altairhyperworks软件已经成为汽车企业应用最广泛的主流软件之一。4.3.1常用CAE软件介绍MSC.Patran/Nastran

MSC.SoftwareCorporation（简称MSC.Software）公司创建于1963年，总部位于美国洛杉矶。MSC.Software公司产品众多，其中最著名的有MSC.PATRAN，MSC.NASTRAN，MSC.MARC，MSC.DYTRAN，MSC.FATIGUE等。MSC.PATRAN诞生与1980年前后，是由美国国家宇航局（NASA）开发的通用计算机辅助工程分析前后处理器，它是工业领域最著名的并行框架式有限元分析工具。它始终是美国联邦航空管理局（FAA）飞行器适航证领取的唯一验证软件。4.3.1常用CAE软件介绍感谢聆听项目四CAE虚拟试验技术有限元基本概念和相关术语单元节点载荷边界条件初始条件有限元基本概念和相关术语4.3.2有限元基本概念和相关术语（1）单元

有限元模型中每一个小的块体称为一个单元。根据其形状的不同，可以将单元划分为以下几种类型：线段单元，三角形单元，四边形单元，四面体单元和六面体单元等。由于单元是构成有限元模型的基础，因此单元类型对于有限元分析过程至关重要。一个有限元程序提供的单元种类越多，该程序功能就越强大。ANSYS程序提供了一百余种单元种类，可以模拟和分析绝大多数的工程问题。4.3.2有限元基本概念和相关术语（2）节点

用于确定单元形状，表述单元特征及连接相邻单元的点称为节点。节点是有限元模型中的最小构成元素。多个单元可以公用1个节点，节点起连接单元和实现数据传递的作用。节点4.3.2有限元基本概念和相关术语（3）载荷

工程结构所受到的外在施加的力或力矩称为载荷，包括集中力，力矩及分布力等。在不同的学科中，载荷的含义有所差别。在通常结构分析过程中，载荷为力，位移等，在温度场分析过程中，载荷是指温度等，而在电磁场分析过程中，载荷是指结构所受的电场和磁场作用。载荷4.3.2有限元基本概念和相关术语（4）边界条件

边界条件是指结构在边界上所受到的外加约束。在有限元分析过程中，施加正确的边界条件是获得正确的分析结果和较高的分析精度的关键。（5）初始条件初始条件是结构响应前所施加的初始速度，初始温度及预应力等。边界条件4.3.2有限元基本概念和相关术语感谢聆听项目四CAE虚拟试验技术CAE（ComputerAidedEngineering）为计算机辅助工程的英文缩写。采用虚拟分析方法对结构（场）的性能进行模拟（仿真），预测结构（场）的性能，优化结构（场）的设计，为产品研发提供指南，为解决实际工程问题提供依据。CAE分析的概念4.3.4CAE分析基本流程增加设计功能，减少设计成本；缩短设计和分析的循环周期；

增加产品和工程的可靠性；

采用优化设计，降低材料的消耗或成本；

在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；

模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；

进行机械事故分析，查找事故原因。CAE分析的优势4.3.4CAE分析基本流程CAE分析的优势4.3.4CAE分析基本流程CAE分析流程第一阶段：制定有限元分析方案最大变形最大应力受载下的刚度极限强度疲劳寿命振动特性热应力几个要求的综合优化4.3.4CAE分析基本流程CAE模型CAD模型第二阶段：汽车结构有限元建模及计算4.3.4CAE分析基本流程第三阶段：对分析结果进行评价，并对前处理模型进行确认4.3.4CAE分析基本流程第四阶段：检验分析结果是否达到目标值要求，并采取必要的优化措施4.3.4CAE分析基本流程感谢聆听项目四CAE虚拟试验技术刚度和强度分析4.3.5CAE技术在汽车工程中的应用NVH分析4.3.5