汽車CAE技術(shù)及工程實(shí)踐

第1章概述1

1.1CAE技術(shù)的基本概念1

1.2CAE技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2

1.3CAE分析過程及模擬仿真步驟3

1.3.1有限元分析3

1.3.2優(yōu)化設(shè)計的一般過程4

1.3.3基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的仿真步驟5

1.4CAE分析的研究及發(fā)展趨勢6

1.4.1基于知識的CAE分析6

1.4.2協(xié)同CAE分析技術(shù)7

1.5CAE技術(shù)與汽車產(chǎn)品開發(fā)10

參考文獻(xiàn)13

第2章CAE技術(shù)基礎(chǔ)14

2.1有限單元法14

2.1.1有限單元法的基本思想及基本步驟14

2.1.2有限單元法在汽車工程領(lǐng)域的應(yīng)用15

2.2多體系統(tǒng)動力學(xué)17

2.2.1多體系統(tǒng)動力學(xué)建模理論17

2.2.2多體系統(tǒng)動力學(xué)的建模與求解19

2.2.3多體系統(tǒng)動力學(xué)在汽車工程領(lǐng)域的應(yīng)用20

2.3優(yōu)化設(shè)計20

2.3.1優(yōu)化設(shè)計建模20

2.3.2優(yōu)化設(shè)計問題的基本解法22

2.3.3CAE分析中的優(yōu)化設(shè)計方法23

2.3.4CAE優(yōu)化設(shè)計過程24

2.3.5優(yōu)化設(shè)計在汽車工程領(lǐng)域的應(yīng)用26

2.4工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)27

2.4.1工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念及特點(diǎn)27

2.4.2數(shù)據(jù)模型28

2.4.3工程數(shù)據(jù)庫的客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)29

2.4.4工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成方法31

2.5人工智能32

2.5.1人工智能的定義32

2.5.2人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域33

參考文獻(xiàn)36

第3章汽車CAE的部分主流軟件系統(tǒng)及其應(yīng)用37

3.1ADAMS軟件的功能及應(yīng)用38

3.2ANSYS軟件的功能及應(yīng)用39

3.2.1ANSYS軟件介紹39

3.2.2ANSYS軟件的應(yīng)用40

3.3NASTRAN軟件的功能及應(yīng)用42

3.3.1NASTRAN軟件介紹42

3.3.2NASTRAN軟件的應(yīng)用43

3.4SYSNOISE軟件的功能及應(yīng)用45

3.4.1SYSNOISE軟件介紹45

3.4.2SYSNOISE軟件的應(yīng)用46

3.5Matlab/Simulink軟件的功能及應(yīng)用47

3.5.1Matlab/Simulink軟件介紹47

3.5.2Matlab/Simulink軟件的應(yīng)用48

3.6RecurDyn軟件的功能及應(yīng)用49

3.6.1RecurDyn軟件介紹49

3.6.2RecurDyn軟件的應(yīng)用50

3.7ABAQUS軟件的功能及應(yīng)用51

3.7.1ABAQUS軟件介紹51

3.7.2ABAQUS軟件的應(yīng)用52

3.8LS-DYNA軟件的功能及應(yīng)用54

3.8.1LS-DYNA軟件介紹54

3.8.2LS-DYNA軟件的應(yīng)用55

3.9ADINA軟件的功能及應(yīng)用57

3.9.1ADINA軟件介紹57

3.9.2ADINA軟件的應(yīng)用58

3.10ALGOR軟件的功能及應(yīng)用60

3.10.1ALGOR軟件介紹60

3.10.2ALGOR軟件的應(yīng)用61

3.11HyperWorks軟件的功能及應(yīng)用63

3.11.1HyperWorks軟件介紹63

3.11.2HyperWorks軟件的應(yīng)用65

3.12MSC.Dytran軟件的功能及應(yīng)用69

3.12.1MSC.Dytran軟件介紹69

3.12.2MSC.Dytran軟件的應(yīng)用71

3.13MSC.Fatigue軟件的功能及應(yīng)用73

3.13.1MSC.Fatigue軟件介紹73

3.13.2MSC.Fatigue軟件的應(yīng)用75

3.14STAR-CD軟件的功能及應(yīng)用76

3.14.1STAR-CD軟件介紹76

3.14.2STAR-CD軟件的應(yīng)用77

3.15Fluent軟件的功能及應(yīng)用80

3.15.1Fluent軟件介紹80

3.15.2Fluent軟件的應(yīng)用81

參考文獻(xiàn)85

第4章基于ADAMS的微車后懸架螺栓受力分析87

4.1ADAMS的分析流程87

4.2螺旋彈簧非獨(dú)立懸架及模型參數(shù)確定89

4.2.1螺旋彈簧非獨(dú)立懸架的基本結(jié)構(gòu)89

4.2.2模型參數(shù)定義90

4.3后懸架模型的建立90

4.3.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)91

4.3.2彈性元件92

4.3.3阻尼元件93

4.3.4部件間的連接94

4.3.5定義通信器95

4.3.6后懸架子系統(tǒng)96

4.3.7輪胎與實(shí)驗(yàn)臺架97

4.4模型測試及仿真分析98

4.4.1有限元分析98

4.4.2實(shí)驗(yàn)研究98

4.4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對比分析100

4.5后懸架螺栓受力分析101

4.5.1輪胎跳動對螺栓受力的影響101

4.5.2外加載荷對螺栓受力的影響102

參考文獻(xiàn)105

第5章微型汽車發(fā)動機(jī)艙散熱特性研究與改進(jìn)設(shè)計106

5.1發(fā)動機(jī)艙散熱數(shù)學(xué)模型106

5.1.1車身模型106

5.1.2發(fā)動機(jī)艙數(shù)學(xué)模型106

5.1.3模擬風(fēng)洞的建立107

5.2網(wǎng)格生成108

5.3物理參數(shù)110

5.4邊界條件110

5.4.1計算工況110

5.4.2外部邊界條件111

5.4.3內(nèi)部邊界條件111

5.5發(fā)動機(jī)艙內(nèi)外流場特性分析113

5.5.1外流場特性分析113

5.5.2內(nèi)流場特性分析116

5.6發(fā)動機(jī)艙散熱特性分析119

5.7發(fā)動機(jī)艙進(jìn)風(fēng)口設(shè)計分析121

5.8發(fā)動機(jī)艙溫度場分析122

5.9基于前端進(jìn)氣設(shè)計參數(shù)優(yōu)化123

5.9.1前端進(jìn)風(fēng)口參數(shù)對冷卻風(fēng)氣流的影響123

5.9.2上下進(jìn)氣格柵進(jìn)風(fēng)量比例的改進(jìn)124

5.9.3上下進(jìn)氣格柵進(jìn)風(fēng)角度的改進(jìn)125

5.9.4上下進(jìn)氣格柵之間結(jié)構(gòu)的改進(jìn)127

5.9.5散熱器兩側(cè)加裝導(dǎo)流板128

5.10冷卻系統(tǒng)布置設(shè)計優(yōu)化130

5.10.1冷卻系統(tǒng)布置方式改進(jìn)130

5.10.2散熱器與風(fēng)扇距離的改進(jìn)131

5.11發(fā)動機(jī)艙散熱改進(jìn)設(shè)計效果分析133

5.12發(fā)動機(jī)艙散熱改進(jìn)設(shè)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證134

5.12.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成134

5.12.2改進(jìn)前后冷卻系統(tǒng)散熱性能對比分析137

5.12.3改進(jìn)前后發(fā)動機(jī)艙空間溫度對比分析141

5.12.4改進(jìn)前后冷卻風(fēng)風(fēng)速對比分析143

參考文獻(xiàn)145

第6章基于減少功率損失的微型汽車傳動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化147

6.1微型汽車傳動系統(tǒng)功率損失模型147

6.1.1離合器功率損失模型147

6.1.2攪油功率損失模型148

6.1.3風(fēng)阻功率損失模型150

6.1.4圓柱齒輪功率損失模型150

6.1.5圓錐齒輪功率損失模型152

6.1.6軸承功率損失模型155

6.1.7油封功率損失模型156

6.2各部件功率損失仿真模型157

6.2.1離合器功率損失仿真模型157

6.2.2變速器功率損失仿真模型157

6.2.3主減速器功率損失仿真模型157

6.2.4差速器功率損失仿真模型157

6.2.5半軸功率損失仿真模型158

6.2.6傳動系統(tǒng)功率損失仿真模型158

6.3微型汽車傳動系統(tǒng)功率損失的試驗(yàn)研究160

6.3.1微型汽車傳動系統(tǒng)功率損失試驗(yàn)方案160

6.3.2微型汽車傳動系統(tǒng)功率損失試驗(yàn)方案實(shí)施164

6.4試驗(yàn)測試結(jié)果與仿真結(jié)果對比分析165

6.4.1變速箱功率損失試驗(yàn)測試與仿真結(jié)果對比分析165

6.4.2主減速器功率損失試驗(yàn)測試與仿真結(jié)果對比分析166

6.4.3傳動系統(tǒng)功率損失試驗(yàn)測試與仿真結(jié)果對比分析166

6.5基于減少功率損失的傳動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計167

6.5.1傳動系統(tǒng)參數(shù)對整車性能的影響168

6.5.2參數(shù)優(yōu)化設(shè)計169

6.5.3優(yōu)化算法的選擇171

6.5.4優(yōu)化仿真及結(jié)果分析172

參考文獻(xiàn)176

第7章基于碰撞安全的微車車身輕量化研究178

7.1微車車身結(jié)構(gòu)與輕量化材料178

7.1.1微車車身結(jié)構(gòu)179

7.1.2微車車身輕量化材料選擇180

7.2微車車身模型的創(chuàng)建及工況分析189

7.2.1微車車身有限元模型的建立190

7.2.2微車車身彎曲剛度分析192

7.2.3微車車身扭轉(zhuǎn)剛度分析195

7.2.4微車車身自由模態(tài)分析197

7.3微車車身結(jié)構(gòu)件的輕量化設(shè)計200

7.3.1基于靈敏度分析的結(jié)構(gòu)件篩選200

7.3.2微車車身動靜態(tài)特性的靈敏度分析202

7.4微車車身模型的多目標(biāo)優(yōu)化206

7.4.1多目標(biāo)試驗(yàn)設(shè)計206

7.4.2建立近似數(shù)學(xué)模型207

7.4.3多目標(biāo)優(yōu)化計算209

7.5微車車身碰撞性能優(yōu)化及驗(yàn)證213

7.5.1微車安全碰撞國家標(biāo)準(zhǔn)及工況分析213

7.5.2微車車身輕量化前后正面碰撞性能對比215

7.5.3微車耐撞性結(jié)構(gòu)優(yōu)化及輕量化性能驗(yàn)證216

參考文獻(xiàn)222

第8章面向正面碰撞的微型汽車前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計224

8.1正面碰撞車身加速度波形目標(biāo)分解225

8.1.1正面碰撞加速度的等效雙臺階梯形波225

8.1.2碰撞波形特征值對乘員損傷的影響分析228

8.1.3前縱梁設(shè)計目標(biāo)233

8.2前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方法及試驗(yàn)驗(yàn)證235

8.2.1動態(tài)落錘試驗(yàn)235

8.2.2軸向沖擊載荷下帽形截面梁結(jié)構(gòu)壓潰特性分析236

8.2.3前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計方法238

8.3正面碰撞工況下前縱梁多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計246

8.3.1近似模型方法246

8.3.2空間收縮回歸法250

8.3.3正面碰撞臺車模型253

8.3.4前縱梁結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計256

參考文獻(xiàn)262