轿车正面碰撞有限元仿真研究

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机械设计与制造

ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ

第１期

２０１０年１月

文章编号：１００１—３９９７（２０１０）０１—００１８－０３

轿车正面碰撞有限元仿真研究

赵桂范柳东威孟媛媛

（哈尔滨工业大学汽车工程学院，威海２６４２０９）

Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｖｅｈｉｃｌｅｆｒｏｎｔｉｍｐａｃｔ

ＺＨＡＯＧｕｉ－ｆａｎ，ＵＵＤｏｎｇ－ｗｅｉ，ＭＥＮＧＹｕａｎ－ｙｕａｎ

（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｕｔｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｅｉｈａｉ２６４２０９，Ｃｈｉｎａ）

驴－驴《ＰｑＰ—庐、驴《Ｐ，驴驴驴驴驴驴驴矿毋?扩《≯驴舻驴驴廿驴驴．驴驴ｄ｝ｄ≯《Ｐｑ口、口、驴驴《Ｐ廿ｑＰｑＰ、驴—驴驴驴驴司｝《＾ｄ｝?驴司＾驴ｄｐ、硒【摘要】在碰撞仿真理论的指导下，根据国家Ｃ－ＮＣＡＰ的规定，以某型号轿车为研究对象，利用有限元软件ＡＮｓＹ鲫Ｓ．ＤＹＮＡ建立整车正面碰撞有限元模型，对整车正面碰撞进行仿真分析。通过对整车

以及前部钣金部件和前门框变形和加速度时间历程曲线的研究，评价整车的安全性，结合有关文献的研究，分析正面碰撞建模方法的正确性。

关键词：轿车；耐撞性；有限元方法；仿真

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ＡｅｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＣ－ＮＣＡＰａｎｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｖｅｈｉｃｌｅｃｒａｓｈａｎａｌｙｓｉｓ獬一ｉｎｇｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ａｖｅｈｉｃｌｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｔｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｆｒｏｎｔｉｍｐａｃｔ

ｔｅｓｔｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅ．ａｆｔｅｒａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅａｎｄｃｌｓｒｖｅ￥ｏｆａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｉｍｐａｃｔｅｖａｌｕａｔｅ＆Ｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｉｓａｐｐｒｏｖｅｄｗｉｔｈｔｈｅｌｉｔｅｒａｔｕｒｅｄａｔａｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｖｅｃｈｉｌｅ；Ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ；Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

驴廿‘ｄ＾４、４“４ｈ穆、舻谚舻ｑ争ｑＰ廿舻舻－护廿驴驴驴护－扩ｏ｝ｄＰｄＰ《》ｑ≯ｑ≯ｑＰ、口、乎、口、４ｈ４＾４ｈ４ｈ召、啦、４“毋、４“ｄｈ４ｈ驴ｑ≯口

中图分类号：ＴＨｌ２，Ｕ４６７文献标识码：Ａ

１弓ｌ言汽车的研发成本，缩短设计周期。

随着汽车工业的快速发展，汽车在带给人们便利和方便的同汽车碰撞安全性，尤其是正面碰撞的被动安全性是反映汽车时，也对现代社会产生负面效应，交通事故就是其中之一。凡涉及安全性能的—个重要方面，受到人们的广泛关注。利用有限元软伤亡的交通事故几乎都与汽车碰撞有关。因此，各国都投入大量件ＡＮＳＹＳ和求解器ＬＳ—ＤＹＮＡ，建立某轿车的有限元正面碰撞人力、物力研究汽车碰撞安全性。通过计算机仿真技术可以降低模型，讨论正面碰撞的建模方法，并研究整车的耐撞性，结合有关★来稿日期：２００９－０３—１６

取得最小板厚并把它赋给公共变量。数据库格式相连四。

最后，用程序获得原焊接符号的焊接符号形状、焊缝长度、个数等基本信息，连同新的焊高赋给焊接符号。

３．４．５零件序号的排序与更改

在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中材料明细表零件序号的排列情况是根据零件的插入顺序进行排序的。要使材料明细表中的零件序号按Ｊ颐Ｊ芋进行排列，必须把设计树中零件的位置进行相应的排序。系统采用冒泡法进行了排序。

根据设计要求，需要对某些零件进行压缩，如当挠性支腿二的隔板层数由五层变为四层时，有一层的零件需要压缩，压缩后会出现零件序号不连续现象，通常也被称为“断续”。如果手工修改，既要修改材料明细表中的内容，也要修改每个视区中的内容。

系统通过程序自动修改每一个零件的自定义属性来实现零件序号的更改。

４数据库系统

由于门式起重机中零件的数目很多，而每—个模型的参数也很多，因此需要创建参数数据库管理模型尺寸参数及其关系。开放数据库互连ＯＤＢＣ是微软公司开放服务结构中有关数据库的—个组成部分，它建立了一组规范，并提供了一组对数据库访问的标准ＡＰＩ（应用程序编程接口），使开发人员可以方便地ｆ司许多

系统的数据存储方式有以下三种：（１）采用简单易用的Ａｃｃｅｓｓ表，进行设计案例管理；（２）图片形式。数据直观，实时记录了每—个界面中的参数；（３）报表形式。以Ｅ文件在系统运行完自动生成。５结束语

以ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ为平台，ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０为开发工具，开发出了门式起重机参数化设计系统，针对开发过程中所运用的关键技术进行了研究。应用结果表明，采用这些关键技术开发的门式起重机参数化设计系统，提升了ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ系统的自动化水平，加快了出图速度，成倍地提高了工作效率，大大缩短了产品设计开发周期，为企业快速满足市场需求，提供了新的途径。

参考文献

１曹旭阳，王剑松，滕儒民，高顺德．基于ＳｏｌｉｄＥｄｇｅ的岸边集装箱起重机参数化话持ｒ技术研究［Ｊ］．起重运输机械，２００８（６）：１５

２王宗彦，杨金刚，吴淑芳．桥式起重机桥架模块化参数化设计［Ｊ］．机械工程与自动化，２００７（１１）：３０

３王刚全．基于模块的起重机小车架参数化ｃＡＤ软件开发［Ｄ］．西安理工大学学报，２００２

４吴狄，关鼎．基于ＳＯＬＤＥＤＧＥ的虚拟装配与干涉的检测［Ｊ］．沈阳工程学院学报（自然科学版），２００８，４（Ｉ）：７ｌ

５秦慧斌，张哑明，吴淑芳，薯宗彦．基于ＳｏＨｄＷｏＡｓ的堆垛机参数化设计系统的开发［Ｊ］．华北工学院学报，２００８

万方数据

有限元分析基本理论问答 基础理论知识

1. 诉述有限元法的定义 答：有限元法是近似求解一般连续场问题的数值方法 2. 有限元法的基本思想是什么 答：首先，将表示结构的连续离散为若干个子域，单元之间通过其边界上的节点连接成组合体。其次，用每个单元内所假设的近似函数分片地表示求解域内待求的未知厂变量。 3. 有限元法的分类和基本步骤有哪些 答：分类：位移法、力法、混合法；步骤：结构的离散化，单元分析，单元集成，引入约束条件，求解线性方程组，得出节点位移。 4. 有限元法有哪些优缺点 答：优点：有限元法可以模拟各种几何形状复杂的结构，得出其近似解；通过计算机程序，可以广泛地应用于各种场合；可以从其他CAD软件中导入建好的模型；数学处理比较方便，对复杂形状的结构也能适用；有限元法和优化设计方法相结合，以便发挥各自的优点。 缺点：有限元计算，尤其是复杂问题的分析计算，所耗费的计算时间、内存和磁盘空间等计算资源是相当惊人的。对无限求解域问题没有较好的处理办法。尽管现有的有限元软件多数使用了网络自适应技术，但在具体应用时，采用什么类型的单元、多大的网络密度等都要完全依赖适用者的经验。 5. ?梁单元和平面钢架结构单元的自由度由什么确定 答：每个节点上有几个节点位移分量，就称每个节点有几个自由度 6. ?简述单元刚度矩阵的性质和矩阵元素的物理意义 答：单元刚度矩阵是描述单元节点力和节点位移之间关系的矩阵 单元刚度矩阵中元素aml的物理意义为单元第L个节点位移分量等于1，其他节点位移分量等于0时，对应的第m个节点力分量。 7. 有限元法基本方程中的每一项的意义是什么 答：整个结构的节点载荷列阵（外载荷、约束力），整个结构的节点位移列阵，结构的整体刚度矩阵，又称总刚度矩阵。 8. 位移边界条件和载荷边界条件的意义是什么 答：由于刚度矩阵的线性相关性不能得到解，从而引入边界条件。 9. ?简述整体刚度矩阵的性质和特点 答：对称性；奇异性；稀疏性；对角线上的元素恒为正。 11. 简述整体坐标的概念 答：单元刚度矩阵的坐标变换式把平面刚架的所有单元在局部坐标系X’Y’Z’下的单元刚度矩阵变换到一个统一的坐标系xOy下，这个统一的坐标系xOy称为整体坐标系。 13. 简述平面钢架问题有限元法的基本过程 答：力学模型的确定，结构的离散化，计算载荷的等效节点力，计算各单元的刚度矩阵，组集整体刚度矩阵，施加边界约束条件，求解降价的有限元基本方程，求解单元应力，计算结果的输出。 14. 弹性力学的基本假设是什么。 答：连续性假定，弹性假定，均匀性和各向同性假定，小变形假定，无初应力假定。 15.弹性力学和材料力学相比，其研究方法和对象有什么不同。 答：研究对象：材料力学主要研究杆件，如柱体、梁和轴，在拉压、剪切、弯曲和扭转等作用下的应力、形变和位移。弹性力学研究各种形状的弹性体，除杆件外，还研究平面体、空间体，板和壳等。因此，弹性力学的研究对象要广泛得多。研究方法：弹性力学和材料力学

汽车碰撞模拟分析流程

ANSYS 汽车碰撞分析流程Flow Chart of Auto Impact Analysis Prepared By 史志远 Date: Nov.1, 2004

汽车碰撞模拟分析流程 一、碰撞安全性试验介绍： 在汽车模拟分析的过程中，提高汽车碰撞安全性的目的是在汽车发生碰撞时确保乘员生存空间、缓和冲击、防止发生火灾等等。但是从碰撞事故分析中可知，汽车碰撞事故的形态也千差万别，所以对汽车碰撞安全性能的评价也必须针对不同的碰撞形态来进行。按事故统计结果，汽车碰撞事故主要可分为正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞和翻车等几种类型。但随着公路条件的改善，正面碰撞和侧面碰撞形态成了交通事故中最常见的碰撞形式。 按照碰撞试验的目的区分，现在碰撞试验大体可以分为三类： 1)由政府法规要求的强制性试验：例如FMVSS208、ECE R94法规规定的正面碰撞 试验，FMVSS214、ECE R95法规规定的侧面碰撞试验等等； 2)由汽车制造厂自己制定的碰撞试验方法：例如用于提出改善汽车碰撞安全性的新 措施等等； 3)为消费者提供信息的试验：例如美国、欧洲等国家实施的新车评价程序（NCAP）, 汽车安全法规中规定了达到政府规定的最低安全性能要求，NCAP以更高的车速 进行正面碰撞试验，以展示汽车产品的碰撞安全性能。 由于法规试验是政府强制实施的，所以，汽车碰撞试验法规是人们关注的热点。下表列出了一些美国FMVSS, 欧洲ECE的汽车被动安全性法规的试验项目。

二、人体伤害评价指标： 在碰撞试验或碰撞模拟分析的过程中，都使用了标准的碰撞试验假人，通过测量假人的响应计算出伤害的指标，用于定量的评价整车及安全部件的保护效能。 1) Hybrid III假人家族的伤害评价基准值： 下表列出了正面碰撞试验用的Hybrid III假人家族的伤害评价基准值。Hybrid III第50百分位男性假人是目前生物保真性最好的正面碰撞试验假人，另外，为了评价汽车对不同身材乘员的安全保护性能，按比例方法开发了第95百分位男性的大身材假人和第5百分位女性的小身材假人。 2)侧面碰撞假人的伤害评价基准值： 下表所示为目前使用的用于侧面碰撞用的假人SID, EuroSID-1的伤害评价基准值：

有限元分析理论基础

有限元分析概念 有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件 有限元模型：它是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。 有限元分析：是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。并利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中，材料的应力与应变呈线性关系，满足广义胡克定律；应力与应变也是线性关系，线弹性问题可归结为求解线性方程问题，所以只需要较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法，也有助于降低有限元分析的时间。 线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。 非线性问题与线弹性问题的区别： 1）非线性问题的方程是非线性的，一般需要迭代求解； 2）非线性问题不能采用叠加原理； 3）非线性问题不总有一致解，有时甚至没有解。 有限元求解非线性问题可分为以下三类：

1）材料非线性问题 材料的应力和应变是非线性的，但应力与应变却很微小，此时应变与位移呈线性关系，这类问题属于材料的非线性问题。由于从理论上还不能提供能普遍接受的本构关系，所以，一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据，有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟，尽管这些模型总有他们的局限性。在工程实际中较为重要的材料非线性问题有：非线性弹性（包括分段线弹性）、弹塑性、粘塑性及蠕变等。 2）几何非线性问题 几何非线性问题是由于位移之间存在非线性关系引起的。 当物体的位移较大时，应变与位移的关系是非线性关系。研究这类问题一般都是假定材料的应力和应变呈线性关系。它包括大位移大应变及大位移小应变问题。如结构的弹性屈曲问题属于大位移小应变问题，橡胶部件形成过程为大应变问题。 3）非线性边界问题 在加工、密封、撞击等问题中，接触和摩擦的作用不可忽视，接触边界属于高度非线性边界。 平时遇到的一些接触问题，如齿轮传动、冲压成型、轧制成型、橡胶减振器、紧配合装配等，当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。 实际的非线性可能同时出现上述两种或三种非线性问题。

电磁仿真算中的有限元法

1电磁仿真算法中的有限元法 1.1常规的电磁计算方法简介 从上世纪50年代以来,伴随着计算机技术的进步,电磁仿真算法也蓬勃发展起来,这其中主要包括:单矩法、矩量法和有限元法等属于频域技术的算法; 传输线矩阵法、时域积分方程法以及时域有限差分法等属于时域技术的算法。除了这些以外, 还有属于高频技术的集合衍射理论等。本文根据国内外计算电磁学的发展状况,对日常生活中比较常用的电磁计算方法做了介绍,并对有限元法做了重点说明。 ⑴矩量法 矩量法属于电磁场的数值计算方法中频域技术的一种, 它的基本原理是利用把待解的微积分方程转化成的算子方程, 然后将由一组线性组合表示的待求函数代入第一步中的算子方程, 然后将算子方程转化成矩阵方程, 最后再通过计算机进行大量的数值计算从而得到数值结果。该方法在求解非均勻和不规则形状对象时,面很广,但会生成病态矩阵,所以会在一定程度上受到限制。矩量法的特点就是适用于求解微积分方程, 并且求解方法统一简单。但缺点就是会占用大量计算机内存,影响计算速度。 (2)单矩法 单矩法是一种解析方法和数值方法相结合的混合数值算法法,该方法的关键在于,如何合理的选择一个球面最小的半径,使得能够将分析对象的结构全部包含在内,以便将内外场进行隔离。外边的散射场单独使用其他函数表示,而包围的内部区域使用有限元法亥姆赫兹(Helmholtz)方程。此方法对于计算复杂形体乃至复杂埋入体内的电磁散射是种极为有效的手段。 (3)时域有限差分法 时域有限差分法(FDTD）近几年来越来越受到各方的重视, 因为一方面它处理庞大的电磁福射系统方面和复杂结构的散射体时很突出,另外一方面则在于它不是传统的频域算法, 它是种时域算法, 直接依靠时间变量求解麦克斯韦方程组,可以在有限的时间和体积内对场进行数据抽样, 这样同时也能够保证介质边界

白车身模态分析作业指导书(修改)

文件编号： YJY·P ·0020·A1-2004 文件名称：白车身模态分析作业指导书 编制：日期： 审核：日期： 批准：日期：

发布日期：年月日实施日期：年月日 前言 为使本公司白车身模态分析规范化，参考国内外白车身模态分析的技术，结合本公司已经开发车型的经验，编制本分析作业指导书。意在对本公司分析人员在做白车身模态分析的过程中起指导作用，让不熟悉或者不太熟悉该分析的员工有所依据，提高工作效率和精度。本作业指导书将在本公司所有白车身模态分析中贯彻，并将在实践中进一步提高完善。 内容包括：前处理模型；分析软件的使用；工程载荷及求解的设置；分析结果后处理和评价标准等。 本标准于2004年9月起实施。 本标准由上海同济同捷科技股份有限公司技术总监室提出。 本标准由上海同济同捷科技股份有限公司技术总监室负责归口管理。 本标准主要起草人：谢颖、邓文彬

白车身模态分析流程 1、适用范围 任何车型的白车身。 2、分析的目标及意义 本分析旨在分析白车身的振动固有频率和振型，得到的数据可为车身结构设计和振动噪声分析提供参考。 3、前处理建模 3.1白车身模型（只包括焊接总成，不包括门、玻璃、内饰等螺栓紧固件），焊点用RBE2(6个自由度)模拟，焊点布置应符合实际情况，边界条件为自由。 3.2 网格大小和注意事项如下。 3.2.1建模标准（所有项均在HYPERMESH中检测）表1 在网格划分之前，一定要充分考虑该零件与其它零部件之间的连接关系。 3.2.2在hypermesh中注意事项： 3.2.2.1 单元网格总体要求：连续、均匀、美观，过渡平缓。

3.2.2.2 对于倒角，倒角两端点距离小于5mm时可删去（命令：geom\distance）。当倒角两端点距离大于5mm时，测一下倒角的弧长(命令：geom\length)，如弧长小于10mm时划分一个单元，大于10mm，划分两排单元，如难以满足单元长度要求，可将倒角的一边toggle掉。对于孔，半径小于5mm时可删去，同时删去小于5mm的凸台和沉孔。 3.2.2.3对于对称件，只划分一个件的网格，另一个件使用镜像方法生成。对于一个单个零件如果是左右对称的，可将它从中间切开，划分一半即可（使用splitbody命令），对于单个零件判断其是否是左右对称的，可将切开的另一半镜像过去（使用transform命令），渲染后看是否重合 3.2.2.4对于一些比较小的零部件（比如小螺栓）根据其位置和尺寸及对分析目标的重要性可不进行网格划分 3.2.2.5 B柱之前的零件网格尺寸控制在10-15mm，对于B柱之后ｃ柱之前的零件，可适当增大网格尺寸，定在15-20mm，ｃ柱之后20－35ｍｍ划分时可根据具体情况进行调整(如对一些连接处可划分细一些)； 3.2.2.6原则上存在焊点的翻边必须划分两排单元，识别焊边可察看各总成数模、或者是看参考车型以及去设计部门的相关负责人联系。在焊点的翻边上，如翻边长度小于10mm，在保证最小单元长度要求下，可适当将翻边加长。大于10mm 时，考虑划分两排单元，对不符合长度要求的单元进行必要的调整（如将翻边的边界toggle掉）。 原则上焊点位置由设计部门确定，在设计部门已提供焊点位置的情况下，采取以下操作步骤：1）在UG中检查焊点位置，若发现分布不合理的焊点，须与车身相关设计人员确认；2）将零件导入HYPERMESH，其中应包含该零件的焊点信息――点和圆圈线（导入前需确认在UG里已经将点、线、面分层）；3）将含圆线圈的COMP隐藏，只显示零件和焊点，然后用GEOM CLEANUP/FIXED POINTS/ADD命令将焊点变成零件面上的硬点；4）划分网格并按标准检查好单元质量后，文件先以HM格式进行保存（须包含所有点、线、面和单元），然后将网格输出成*.bdf文件，再将焊点和圆圈线输出成*.igs（该文件的命名方法：在bdf文件名前加w。如：bdf文件53-01.bdf，则igs文件w53-01.igs）；5）在PATRAN里装配时，将

ANSYS有限元分析二维静态磁场仿真

一周总结报告 一、ANSYS学习 1.学习情况 目前正在边看书籍边操作ANSYS系统，已经了解了ANSYS的基本操作系统以及ANSYS 分析过程的三大步骤，大体上知道了它的整个工作流程。目前正在深入仔细学习每一部分的详细步骤。现在已经学习了ANSYS有限元分析典型步骤、实体建模、网格划分、创建有限元模型，正在学习加载和求解这一部分。 2.理论知识 (1)网格划分与创建有限元模型 ①设置单元属性，包括： a.选择单元类型，如常用的有PLANE13，PLANE53，INFIN110；在Element Type中设 置； b.设置单元实常数，如线圈横截面积、匝数、导体填充率等； c.设置材料属性，如泊松比、材料密等； d.设置单元坐标系统。 ②通过网格划分工具设置网格划分属性包括： a.单元属性分配设置，作用是在网格划分之前为模型(包括实体和有限元模型)分配单元属性； b.智能划分水平控制； c.单元尺寸控制，单元尺寸的意思是单元边的长度。 ③实体模型的划分 ANSYS有两种方式对实体模型进行网格划分。 映射网格划分方法：最大特点就是必须使用形状规则的单元划分，对于面对象必须使用三角形单元或四边形单元，对于体对象只能使用六面体单元。故划分对象必须形状规则。不是任何形状的对象都能用映射网格划分。 (2)加载和求解 有限元分析的主要目的在于得到系统在特定激励源和边界条件下的响应。这些激励以及边界条件统称为载荷。所以载荷包括边界条件和激励。磁场分析中常见的载荷有磁势、磁通量边界条件等。 载荷分为六大类：自由度约束、集中力载荷、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。关于载荷步、子步和平衡迭代，通过阅读理论知识自己的理解的总结是：一个实际加载过程需要多次施加不同的载荷才能满足要求，每一步就称为一个载荷步。一个载荷步可以通过多个子步来逐渐施加。平衡迭代用于考虑收敛的非线性分析。 3.仿真结果 目前按照教程的步骤将ANSYS从建立模型到加载求解再到查看后处理器的整个分析过程大体操作了一遍，目的就是先通过简单模型熟练ANSYS的整体操作。最终的分析结果如图所示。 4.下周计划 (1)学习ANSYS通用后处理器以及时间历程后处理器； (2)目前只是跟着书上的步骤可以进行操作，还得进一步熟练； (3)目前主要是用GUI方式进行，下一步要更加熟练使用命令流的操作方式。

某商用车驾驶室白车身模态分析

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/0819438598.html, 某商用车驾驶室白车身模态分析 作者：谢小平,韩旭,陈国栋,周长江 来源：《湖南大学学报·自然科学版》2010年第05期 摘要:以某商用车驾驶室白车身为原型,利用模态分析方法对其动力学特征参数进行分析.在理论(正问题)和实验(反问题)两个互补的模态分析过程中,利用有限元模型进行理论模态分析,为实验模态分析的实施打下良好基础.分别采用最小二乘复指数法(LSCE)和最小二乘复频域法(LSCF)进行实验模态分析,得到各阶模态振型并对理论分析的结果进行修正.经过两种结果的比较和分析,最终得出准确的模态分析结果并对白车身原型提出改进意见.生产厂商依据改进意见进行工艺改进,通过用户实际使用证实了改进方案的有效性和正确性. 关键词: 商用车驾驶室;白车身;有限元;实验模态分析;LSCE;LSCF 中图分类号:TH113.1文献标识码:A Modal Analysis of Commercial Vehicle Cab’s Body-in-White XIE Xiao-ping+, HAN Xu, CHEN Guo-dong, ZHOU Chang-jiang (State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body, Faculty of Mechanical and Vehicle Engineering, Hunan University, Changsha, 410082) Abstract: The theory modal analysis (TMA, forward problem) and experimental modal analysis(EMA, inverse problem) methods are both used to analysis dynamics characteristic parameters of one commercial vehicle cab’s body-in-white. Finite element modal analysis is carried out to get mode shape and lay down well basis to experimental modal analysis in TMA process. In EMA process, LSCE(Least Squares Complex exponent method) and LSCF (Least Squares Complex Frequency Domain method) methods are used to get mode shape and modify TMA results. With comparison to all results, the accurate conclusion can be reached and improvement opinion is brought forward to the prototype. The improvement projection was proved to be effective by consumers’utilization after manufacturer put it into applications. Keywords: commercial vehicle cab’s bod y-in-white; finite element method; experimental modal analysis; LSCE; LSCF 车辆在行使的过程中常因路面不平,车速和运动方向的变化,车轮、发动机和传动系的振动激励,以及齿轮的冲击等各种外部和内部激励,极易引起整车和局部振动。当外界激振频率与系统固有频率接近时,将产生共振[1]。

有限元分析理论基础

有限元分析概念 有限元法:把求解区域瞧作由许多小的在节点处相互连接的单元(子域)所构成,其模型给出基本方程的分片(子域)近似解,由于单元(子域)可以被分割成各种形状与大小不同的尺寸,所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性与复杂的边界条件 有限元模型:它就是真实系统理想化的数学抽象。由一些简单形状的单元组成,单元之间通过节点连接,并承受一定载荷。 有限元分析:就是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何与载荷工况)进行模拟。并利用简单而又相互作用的元素,即单元,就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 线弹性有限元就是以理想弹性体为研究对象的,所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。在这类问题中,材料的应力与应变呈线性关系,满足广义胡克定律;应力与应变也就是线性关系,线弹性问题可归结为求解线性方程问题,所以只需要较少的计算时间。如果采用高效的代数方程组求解方法,也有助于降低有限元分析的时间。 线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面。 非线性问题与线弹性问题的区别: 1)非线性问题的方程就是非线性的,一般需要迭代求解; 2)非线性问题不能采用叠加原理; 3)非线性问题不总有一致解,有时甚至没有解。 有限元求解非线性问题可分为以下三类:

1)材料非线性问题 材料的应力与应变就是非线性的,但应力与应变却很微小,此时应变与位移呈线性关系,这类问题属于材料的非线性问题。由于从理论上还不能提供能普遍接受的本构关系,所以,一般材料的应力与应变之间的非线性关系要基于试验数据,有时非线性材料特性可用数学模型进行模拟,尽管这些模型总有她们的局限性。在工程实际中较为重要的材料非线性问题有:非线性弹性(包括分段线弹性)、弹塑性、粘塑性及蠕变等。 2)几何非线性问题 几何非线性问题就是由于位移之间存在非线性关系引起的。 当物体的位移较大时,应变与位移的关系就是非线性关系。研究这类问题一般都就是假定材料的应力与应变呈线性关系。它包括大位移大应变及大位移小应变问题。如结构的弹性屈曲问题属于大位移小应变问题,橡胶部件形成过程为大应变问题。 3)非线性边界问题 在加工、密封、撞击等问题中,接触与摩擦的作用不可忽视,接触边界属于高度非线性边界。 平时遇到的一些接触问题,如齿轮传动、冲压成型、轧制成型、橡胶减振器、紧配合装配等,当一个结构与另一个结构或外部边界相接触时通常要考虑非线性边界条件。 实际的非线性可能同时出现上述两种或三种非线性问题。 有限元理论基础

汽车正面碰撞仿真建模与分析作业指导书

1 主题内容和适用范围 1.1本标准规定了零部件几何模型处理的基本方法； 1.2本标准规定了零部件有限元模型的命名方法； 1.3本标准规定了白车身与底盘有限元模型的网格划分与检测的基本方法； 1.4本标准规定了白车身与底盘有限元模型的焊点、螺栓、铆钉连接的基本方法； 1.5本标准规定了汽车正面碰撞仿真分析的基本参数设置、操作流程、评价方法。 1.6本标准适用于M1类车辆正面碰撞仿真分析。 2 引用标准 2.1 CMVDR 294 —关于正面碰撞乘员保护的设计准则 2.2 GB 11557-1998—防止汽车转向机构对驾驶员伤害的规定 3 术语 3.1整车质量—整车整备质量+两位法定假人质量 3.2 HIC—头部性能指标 3.3 ThPC—胸部性能指标 3.4 FPC—大腿性能指标 3.5保护系统—用来约束和保护乘员内部安装件及装置 4 零部件几何模型的处理 在UG中处理白车身数模，需检查各总成内部零件的干涉和各总成之间的干涉，同时对一些缺失的面和有质量问题的面进行修补。对

于对称件，可先去掉一半。具体操作可参照样车的实际结构进行必要的几何处理（见附录-1） 5 零部件有限元模型的命名方法 模型处理好后，将各零件以iges格式分别输出，并以三维数模对应的零件号命名。 6 有限元网格划分标准 6.1 整车网格尺寸规定 6.1.1 对于B柱之前的零件，单元尺寸初步定在8-12mm，可根据零件的复杂程度适当的减小尺寸，但是决不能小于5mm，其间需考虑单元的过渡（如顶盖，地板等结构），以确保网格连续、平滑、均匀、美观；对于B柱之后的零件，可适当增大网格尺寸，初步定在20-30mm； 6.1.2 对于倒角，半径小于5mm时可删去，半径在5-10mm之间时划分一个单元，半径大于10mm时划分两个单元； 6.1.3 对于孔，半径小于5mm时可删去，半径大于5mm时应保证孔边沿上至少有4个节点； 6.1.4 对于对称件，网格划分完后镜像生成完整的网格模型。 6.2 网格检查标准

模态分析有限元仿真分析学习心得

有限元仿真分析学习心得 1 有限元分析方法原理 有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。 有限元法是随着电子计算机发展而迅速发展起来的一种工程力学问题的数值求解方法。20世纪50年代初，它首先应用于连续体力学领域—飞机结构静、动态特性分析之中，用以求得结构的变形、应力、固有频率以及阵型。由于其方法的有效性，迅速被推广应用于机械结构分析中。随着电子计算机的发展，有限元法从固体力学领域扩展到流体力学、传热学、电磁学、生物工程学、声学等。 随着计算机科学与应用技术的发展，有限元理论日益完善，随之涌现了一大批通用和专业的有限元计算软件。其中，通用有限元软件以ANSYS，MSC公司旗下系列软件为杰出代表，专业软件以ABAQUS、LS-DYNA、Fluent、ADAMS 为代表。 ANSYS作为最著名通用和有效的商用有限元软件之一，集机构、传热、流体、电磁、碰撞爆破分析于一体，具有强大的前后处理及计算分析能力，能够进行多场耦合，结构-热、流体-结构、电-磁场的耦合处理求解等。 有限元分析一般由以下基本步骤组成： ①建立求解域，并将之离散化成有限个单元，即将问题分解成单元和节点； ②假定描述单元物理属性的形(shape)函数，即用一个近似的连续函数描述每个单元的解； ③建立单元刚度方程； ④组装单元，构造总刚度矩阵； ⑤应用边界条件和初值条件，施加载荷； ⑥求解线性或者非线性微分方程组得到节点值，如不同节点的位移； ⑦通过后处理获得最大应力、应变等信息。 结构的离散化是有限元的基础。所谓离散化就是将分析的结构分割成为有限

有限元分析中的一些问题

有限元分析的一些基本考虑-—-—-单元形状对于计算精度的影响 笔者发现,在分析复杂问题时,我们所可能出现的错误，竟然是一些很根本的错误,这些根本错误是由于对有限元的基本理论理解不清晰而造成的。 鉴于这个原因，笔者决定对一些基本问题(例如单元形状问题,单元大小问题,应力集中问题等)展开调查,从而形成了一系列文章，本篇文章是这些系列文章中的第一篇. 本篇文章先考虑有限元分析中的第一个基本问题：单元形状问题。 我们知道,单元形状对于有限元分析的结果精度有着重要影响,而对单元形状的衡量又有着诸多指标,为便于探讨,这里首先只讨论第一个最基本的指标：长宽比(四边形单元的最长尺度与最短尺度之比),而且仅考虑平面单元的长宽比对于计算精度的影响。 为此,我们给出一个成熟的算例。该算例是一根悬臂梁,在其端面施加竖直向下的抛物线分布载荷,我们现在考察用不同尺度的单元划分该梁时,对于A点位移的影响。 这五种不同的划分方式，都使用矩形单元,只不过各单元的长宽比不同。 例如第一种(1)AＲ＝1．1,就是长宽比接近1； 第二种（2)AＲ=1．5，就是长宽比是1。5.其它类推。 第五种(5）AＲ=24，此时单元的长度是宽度的2４倍。 现在我们看看按照这五种单元划分方式对于A点位移的影响，顺便我们也算出了B点的位移,结果见下表.

我们现在仔细查看一下上表，并分析其含义。 我们先考虑第一行，它是第一种单元划分情况,此时每个单元的长宽比是１。１，由此我们计算出A点,B点的垂直位移，可以看到,A点的竖直位移是—1.093英寸，而B点的竖直位移是-0。34６英寸。而这两点我们都是可以用弹性力学的方式得到精确解的,其精确解分别是-1。１52以及—０。360。这样，我们可以得到此时Ａ点位移误差的百分比是[(—1.0９３)—(-1。152)]／1。1５2 =5。2%． 对于其它情况,也采用类似的方式得到A点位移误差的百分比。 从上表可以看出来，随着长宽比的增加,位移误差越来越大，竟然大到５6％.因此，如果我们是用长宽比为24的单元进行划分的话，那么我们的结果可以说是完全错误的. 下面按照上表绘制出一张图,该图从形象的角度表达了上表的含义.

100%正面碰撞分析报告

编号: - CSFX-002 100%正面碰撞分析报告 项目名称：A级三厢轿车设计开发 项目代号： CP08 编制：日期： 校对：日期： 审核：日期： 批准：日期： 2011年03月

目录 1 分析目的和意义 (1) 2 使用软件说明 (1) 3 整车参数 (1) 3.1整车参数 (1) 3.2有限元模型坐标与实车坐标对比 (2) 3.3整车及各总成有限元模型 (2) 3.4边界条件定义 (5) 4 碰撞模拟结果分析 (5) 4.1碰撞模拟总体变形结果 (5) 4.2整车速度变化 (8) 4.3碰撞模拟能量变化情况 (9) 4.4刚性墙的接触力 (10) 4.5主要吸能部件变形及吸能情况分析 (11) 4.6主要吸能部件变形图 (11) 4.7B柱下端减加速度 (14) 4.8门框变形量 (15) 4.9前围板侵入量 (17) 4.10A柱侵入量 (19) 4.11方向盘侵入量 (20) 5 总结 (20)

1 分析目的和意义 为了在汽车的设计阶段使被设计车辆更好的满足耐撞性的要求，采用动态大变形非线形有限元模拟技术，进行了CP08车型正面撞击刚性墙的仿真分析，主要是根据《乘用车正面碰撞的乘员保护》(GB11551-2003)进行的仿真模拟。GB11551的全部技术内容为强制性要求，适用于M1类车辆(M1类车辆为包括驾驶员座位在内，座位数不超过9座的载客车辆)。汽车车体结构变形特性是影响汽车安全性能的关键因素，本文通过对CP08车型模拟结果进行分析，为整车的耐碰撞性提供参考。 2 使用软件说明 在本次模拟中，主要使用了Hypermesh前处理软件和Ls-Dyna 求解器，Hypermesh是世界领先的、功能强大的CAE应用软件包，由美国Altair公司开发，目前在世界上的应用非常广泛。LS-DYNA 是一个以显式为主，隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，可以求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等非线性问题。 3 整车参数 3.1 整车参数 整车碰撞仿真模拟，必须真实的模拟实车碰撞时的状态，要模拟实车各总成之间的连接，按照其实际材料特性，密度、质量等参数进行设置。 根据项目组提供的整车零部件明细表及质量、材料特性，材料主

UG有限元分析教程

第1章高级仿真入门 在本章中，将学习： ?高级仿真的功能。 ?由高级仿真使用的文件。 ?使用高级仿真的基本工作流程。 ?创建FEM和仿真文件。 ?用在仿真导航器中的文件。 ?在高级仿真中有限元分析工作的流程。 1.1综述 UG NX4高级仿真是一个综合性的有限元建模和结果可视化的产品，旨在满足设计工程师与分析师的需要。高级仿真包括一整套前处理和后处理工具，并支持广泛的产品性能评估解法。图1-1所示为一连杆分析实例。 图1-1连杆分析实例 高级仿真提供对许多业界标准解算器的无缝、透明支持，这样的解算器包括NX Nastran、MSC Nastran、ANSYS和ABAQUS。例如，如果结构仿真中创建网格或解法，则指定将要用于解算模型的解算器和要执行的分析类型。本软件使用该解算器的术语或“语言”及分析类型来展示所有网格划分、边界条件和解法选项。另外，还可以求解模型并直接在高级仿真中查看结果，不必首先导出解算器文件或导入结果。 高级仿真提供基本设计仿真中需要的所有功能，并支持高级分析流程的众多其他功能。 ?高级仿真的数据结构很有特色，例如具有独立的仿真文件和FEM文件，这有利于在分布式工作环境中开发有限元（FE）模型。这些数据结构还允许分析师轻松 地共享FE数据去执行多种类型分析。

UG NX4高级仿真培训教程 2 ?高级仿真提供世界级的网格划分功能。本软件旨在使用经济的单元计数来产生高质量网格。结构仿真支持完整的单元类型（1D、2D和3D）。另外，结构级仿真 使分析师能够控制特定网格公差。例如，这些公差控制着软件如何对复杂几何体 （例如圆角）划分网格。 ?高级仿真包括许多几何体简化工具，使分析师能够根据其分析需要来量身定制CAD几何体。例如，分析师可以使用这些工具提高其网格的整体质量，方法是消 除有问题的几何体（例如微小的边）。 ?高级仿真中专门包含有新的NX传热解算器和NX流体解算器。 NX传热解算器是一种完全集成的有限差分解算器。它允许热工程师预测承受热载荷系统中的热流和温度。 NX流体解算器是一种计算流体动力学（CFD）解算器。它允许分析师执行稳态、不可压缩的流分析，并对系统中的流体运动预测流率和压力梯度，也可 以使用NX传热和NX流体一起执行耦合传热/流体分析。 1.2仿真文件结构 当向前通过高级仿真工作流时，将利用4个分离并关联的文件去存储信息。要在高级仿真中高效地工作，需要了解哪些数据存储在哪个文件中，以及在创建那些数据时哪个文件必须是激活的工作部件。这4个文件平行于仿真过程，如图1-2所示。 图1-2仿真文件结构 设计部件文件的理想化复制 当一个理想化部件文件被建立时，默认有一.prt扩展名，fem#_i是对部件名的附加。例如，如果原部件是plate.prt，一个理想化部件被命名为plate_fem1_i.prt。 一个理想化部件是原设计部件的一个相关复制，可以修改它。 理想化工具让用户利用理想化部件对主模型的设计特征做改变。不修改主模型部件，

汽车车身模态分析研究综述

汽车车身模态分析研究综述 北京信息科技大学研1202班姓名：曹国栋学号：2012020045 摘要：车身是汽车的关键总成。它的构造决定了整车的力学特性，对白车身进行模态分析不仅能考察车身结构的整体刚度特性，而且可以指导人们对车身结构进行优化以及响应分析。因此，研究车身模态分析具有重要的意义。本文综述了近几年国内外在车身模态分析领域内的研究，总结了研究理论和试验方法，并进行归纳。最后，对未来的研究工作提出了一些展望。 关键词：车身；模态分析；有限元模态；试验模态；结构优化 0 前言 随着计算机技术的发展和仿真技术、有限元分析技术的提高，计算机辅助设计和分析技术几乎涵盖了涉及汽车性能的所有方面，如刚度、强度、疲劳寿命、振动噪声、运动与动力性分析、碰撞仿真和乘员保护、空气动力学特性等，各种计算机辅助设计软件为汽车设计提供了一个工具平台，极大地方便了汽车的设计。 车辆在行驶过程中，车身结构在各种振动源的激励下会产生振动，如发动机运转、路面不平以及高速行驶时风力引起的振动等。如果这些振源的激励频率接近于车身整体或局部的固有频率，便会发生共振现象，产生剧烈振动和噪声，甚至造成结构破坏。为提高汽车的安全性、舒适性和可靠性，就必须对车身结构的固有频率进行分析，通过结构设计避开各种振源的激励频率。 车身结构模态分析是新车型开发中有限元法应用的主要领域之一，是新产品开发中结构分析的主要内容。尤其是车身结构的低阶弹性模态，它不仅反映了汽车车身的整体刚度性能，而且是控制汽车常规振动的关键指标，应作为汽车新产品开发的强制性考核内容。有限元模态分析和试验模态分析方法是辨识汽车结构动态性能的一种有效的手段，在汽车车身动态性能研究中得到了广泛应用。采用有限元方法对白车身进行模态分析，识别出车身结构的模态参数，并通过模态试验验证了有限元模型的正确性，为改型设计提供参考依据，是汽车开发设计与优化的一般流程。 因此，研究车身结构模态分析，进行车身轻量化设计和优化，对于提高国产轿车的自开发与科技创新能力，具有重要的理论意义和工程实用价值。 1 车身模态分析的一般理论 1.1 模态分析基本理论 模态分析的经典定义即以模态矩阵作为变换矩阵，将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标进行坐标转换变到模态坐标上，从而使系统在原来坐标下的耦合方程变成一组互相独立的二阶常微分方程进而成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程[1]。 在实际的结构动力分析中，一般将连续结构离散化为一个具有n个有限自由

汽车碰撞仿真技术

汽车碰撞安全技术 学号：2009********** 班级：2009级****** 姓名：******* 球撞板建模仿真分析实验 （一）试验目的 巩固汽车仿真分析基础知识，使对仿真分析有更深的认识，学习Hyperworks、LS-DYNA 软件基础，学习仿真分析的基本思想和基本方法步骤。 （二）试验设备 计算机、Hyperworks软件和LS-DYNA软件。 （三）试验原理 仿真分析主要分为数据前处理、后处理和分析计算等几个阶段，本实验主要通过建立球和板的几何模型、画分网格、给球和板富裕材料和截面属性、加载边界条件、建立在和条件、接触处理、定义控制卡片。删除临时阶段、节点重新排号、将文件导出成KEY文件、运营LS0DYNA进行分析仿真等步骤，模拟球撞板的过程，得出响应的仿真动画和仿真计算结果。（四）仿真步骤 1)建模过程 首先建立临时节点，并以此建立球模型和板模型。球为以临时节点为球心，5mm为半径；板距离球心的距离为5.5mm，即板和球的最小距离为0.5mm。 2)画网格 利用hypermesh画出球和板的二位网格。 3)定义模型特性 给ball和plane定义材料为20号刚体材料，其杨氏模量分别为200000和100000，泊松比均为0.3。 4)定义边界条件 将plane板上最外面的四行节点分别建成4个set。 5)建立载荷条件 定义球的位移，即给定球向板方向的距离，由此模拟球撞击板的过程。 6)定义接触 先做出两个用于接触的sagment，在这两个sagment上建立接触关系。 7)定义控制卡片 即建立Analysis-control cards (1)选择Control_Enegy,将hgen设置为2，return; (2)按next找到Control_Termination,将ENDTIM设为0.0001s,return; (3) 按next找到Control_Time_step,将DTINIT设为1*10-6s，将TSSFAC设置为0.6，点击return; (4) 按next找到DATABASE_BINARY_D3PLOT,将DT设置为5*10-6，return; (5) 按next找到DATABASE_OPTION，将MATSUM设置为1*10-6，将RCFORC设置为1*10-6，return. 8)删除临时节点 进入Geom中的temp nodes面板，删除临时节点。 9)节点重新排号 在tool-renumber面板中重新排序

Abaqus6.14有限元仿真分析视频教程-实例篇(上)

Abaqus6.14有限元仿真分析视频教程-实例篇(上)

江西省南昌市2015-2016学年度第一学期期末试卷（江西师大附中使用）高三理科数学分析 一、整体解读 试卷紧扣教材和考试说明，从考生熟悉的基础知识入手，多角度、多层次地考查了学生的数学理性思维能力及对数学本质的理解能力，立足基础，先易后难，难易适中，强调应用，不偏不怪，达到了“考基础、考能力、考素质”的目标。试卷所涉及的知识内容都在考试大纲的范围内，几乎覆盖了高中所学知识的全部重要内容，体现了“重点知识重点考查”的原则。 1．回归教材，注重基础 试卷遵循了考查基础知识为主体的原则，尤其是考试说明中的大部分知识点均有涉及，其中应用题与抗战胜利70周年为背景，把爱国主义教育渗透到试题当中，使学生感受到了数学的育才价值，所有这些题目的设计都回归教材和中学教学实际，操作性强。 2．适当设置题目难度与区分度

选择题第12题和填空题第16题以及解答题的第21题，都是综合性问题，难度较大，学生不仅要有较强的分析问题和解决问题的能力，以及扎实深厚的数学基本功，而且还要掌握必须的数学思想与方法，否则在有限的时间内，很难完成。 3．布局合理，考查全面，着重数学方法和数学思想的考察 在选择题，填空题，解答题和三选一问题中，试卷均对高中数学中的重点内容进行了反复考查。包括函数，三角函数，数列、立体几何、概率统计、解析几何、导数等几大版块问题。这些问题都是以知识为载体，立意于能力，让数学思想方法和数学思维方式贯穿于整个试题的解答过程之中。 二、亮点试题分析 1．【试卷原题】11.已知,,A B C 是单位圆上互不相同的三点，且满足AB AC → → =，则AB AC → → ?的最小值为 （ ）

有限元仿真技术的发展及其应用

有限元仿真技术的发展及其应用 许荣昌　孙会朝 (技术研发中心) 摘　要:介绍了目前常用的大型有限元分析软件的现状与发展,对其各自的优势进行了分析,简述了有限元软件在冶金生产过程中的主要应用领域及其发展趋势,对仿真技术在莱钢的应用进行了展望。 关键词:有限元仿真　冶金生产　发展趋势 0　前言 自主创新,方法先行,创新方法是自主创新的根本之源,同时,随着市场竞争的日益激烈,冶金企业的产品设计、工艺优化也由经验试错型向精益研发方向发展,而有限元仿真技术正是这种重要的创新方法。近年来随着计算机运行速度的不断提高,有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的应用,比如,有限元分析在冶金、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源、科学研究等各个领域正在发挥着重要的作用,主要表现在以下几个方面:增加产品和工程的可靠性;在产品的设计阶段发现潜在的问题;经过分析计算,采用优化设计方案,降低原材料成本;缩短产品研发时间;模拟试验方案,减少试验次数,从而减少试验成本。与传统设计相比,利用仿真技术,可以变经验设计为科学设计、变实测手段为仿真手段、变规范标准为分析标准、变传统分析技术为现代的计算机仿真分析技术,从而提高产品质量、缩短新产品开发周期、降低产品整体成本、增强产品系统可靠性,也就是增强创新能力、应变能力和竞争力(如图1、2) 。 图1　传统创新产品(工艺优化)设计过程为大循环 作者简介:许荣昌(1971-),男,1994年毕业于武汉钢铁学院钢铁冶金专业,博士,高级工程师。主要从事钢铁工艺技术研究工 作。 图2　现代CAE 创新产品(工艺优化)设计过程为小循环 1　主要有限元分析软件简介 目前,根据市场需求相继出现了各种类型的应用软件,其中NAST RAN 、AD I N A 、ANSYS 、ABAQUS 、MARC 、MAGS OFT 、COS MOS 等功能强大的CAE 软件应用广泛,为实际工程中解决复杂的理论计算提供了非常有力的工具。但是,各种软件均有各自的优势,其应用领域也不尽相同。本文将就有限元的应用范围及当今国际国内CAE 软件的发展趋势做具体的阐述,并对与冶金企业生产过程密切相关的主要有限元软件ANSYS 、ABAQUS 、MARC 的应用领域进行分析。 MSC 1Soft w are 公司创建于1963年,总部设在美国洛杉矶,MSC 1Marc 是MSC 1Soft w are 公司于1999年收购的MARC 公司的产品。MARC 公司始创于1967年,是全球首家非线性有限元软件公司。经过三十余年的发展,MARC 软件得到学术界和工业界的大力推崇和广泛应用,建立了它在全球非线性有限元软件行业的领导者地位。随着Marc 软件功能的不断扩展,软件的应用领域也从开发初期的核电行业迅速扩展到航空、航天、汽车、造船、铁道、石油化工、能源、电子元件、机械制造、材料工程、土木建筑、医疗器材、冶金工艺和家用电器等,成为许多知名公司和研究机构研发新产品和新技术的重要工具。在航空业MSC 1Nastran 软件被美国联邦航空管理局(F AA )认证为领取飞行器适 3 1