汽车——有限元法及应用-本资料

有限元分析在汽车工程方面的应用姓名XXX学校XXXXXXX专业班级XXXXXXX摘要：计算机辅助工程(CAE)作为一项跨学科的数值模拟分析技术，越来越受到科技界和工程界的重视，在汽车工业研究中的应用也越来越广泛。

在汽车产品的研发过程中，CAE 已经成为设计链中必须的条件，没有CAE分析的设计就不能进入下一个技术流程。

新产品开涉及到的疲劳、寿命、振动、噪声等强度和刚度问题，可成熟地在设计阶段解决，这样就可以大幅度提高设计质量，缩短产品开发周期，节省大量开发费用。

本文通过对有限元分析在汽车工程方面的应用的描述和分析，阐述了以有限元分析为代表的CAE技术在汽车工程的重要作用和影响，得出了CAE在汽车工业发展更加重要，影响未来汽车的发展趋势！关键词：有限元分析汽车CAE技术碰撞安全性1. 前言在汽车发展历史上，至今还没有什么技术能与CAE技术相比，为汽车企业带来巨大的回报。

统计结果表明，应用CAE 技术后，新车开发期的费用占开发成本的比例从80%～90%下降到8%～12%。

例如：美国福特汽车公司2000年应用CAE 后，其新车型开发周期从36个月降低到12～18个月；开发后期设计修改率减少50%；原型车制造和试验成本减少50%；投资收益提高50%。

汽车行业是一个高速发展的行业，其竞争也日趋激烈，在这种情况下，新产品推出的速度也越来越快，这也对行业的CAE应用提出了越来越高的要求。

CAE技术为汽车行业的高速发展提供具有中心价值地位的技术保障，可以为企业带来巨大的技术经济效益。

2. 正文汽车工业代表着一个国家制造业发展的水平，它不仅是带动面最广泛的工业，而且是高新技术的最大载体，一般航空、航天领域的高精尖技术只有通过汽车工业才能转化为规模产业，所以汽车工业是或曾是几乎所有发达国家的支柱产业。

作为制造业的中坚，汽车工业一直是CAE应用的先锋。

CAE技术的应用，有效地推动了汽车制造业的前进；汽车业的需求也极大地带动了CAE。

有限元法在汽车设计中的应用综述有限元法（Finite Element Method，FEM）是一种常用的工程分析方法，可以用于汽车设计和研发过程中的各个方面。

它能够提供对汽车各个零部件和整车系统的结构和性能进行准确预测和评估，从而优化设计、提高质量和可靠性。

首先，在汽车设计中，有限元法广泛应用于结构分析。

通过将提供几何和材料特性的三维模型离散化为许多小单元，有限元方法可以实现复杂结构的精确模拟。

对于汽车的车架、车身和其他零部件，有限元分析可以确定和优化结构强度、刚度和耐久性，以确保在实际使用条件下的安全和可靠性。

其次，在汽车性能评估方面，有限元法也扮演着重要的角色。

例如，通过有限元分析可以预测汽车的振动和噪声水平，帮助设计师确定如何优化车辆的悬挂系统、座位和噪声隔离措施，提高驾驶舒适度。

此外，有限元法也可以用于优化车辆的气动外形，减小气动阻力，提高燃油效率。

在碰撞安全方面，有限元分析是不可或缺的工具。

通过构建模型并进行碰撞仿真，有限元法可以预测汽车在不同碰撞情况下的变形和应力分布，评估车辆和乘客的安全性能。

这有助于设计师改进车辆的安全结构，提高车辆的碰撞安全性。

有限元法还可以用于优化车辆的制造工艺。

通过在有限元模型中引入相关的制造过程，如冲压、焊接等，可以预测和解决可能出现的制造问题。

这有助于设计师优化零件和整车的制造工艺，减少制造成本和时间。

此外，有限元法还可以应用于电动汽车的设计和开发。

电动汽车的电池、电机和电控系统具有复杂的结构和作用机理。

通过有限元方法可对电池的热传导、电池盒的结构强度和散热性能进行评估和优化。

对于电机和电控系统，有限元分析可以用于确定电磁场分布、热湿度性能以及电磁振动等。

综上所述，有限元法在汽车设计中具有广泛应用的优势。

它可以用于汽车结构分析、性能评估、碰撞安全、制造工艺和电动汽车设计等方面。

通过有限元分析，汽车制造商和设计师能够在保证安全性和可靠性的前提下，最大程度地优化设计，提高汽车的性能和竞争力。

汽车结构的常规有限元分析本文介绍了与产品研发同步的5个有限元分析阶段，阐述了有限元模型建立过程中应注意的问题，简单介绍了汽车产品的4种常规分析方法，建立汽车设计标准的方法，以及3个强度分析范例。

范例1说明了有限元分析应注意的内容，范例2和3介绍了“应力幅值法”在解决汽车车轮轮辐开裂和汽车发动机汽缸体水套底板开裂问题的应用。

汽车是艺术和技术的结合。

一辆好车的主要特点是造型美观、有时代感、结构设计合理、轻量化、材料利用率高，车辆性能先进并且满足国家法规、标准和环保的要求，质量可靠、保养方便、低成本、用户满意、满足市场需求等。

在竞争日益激烈的汽车市场，汽车性价比已经成为市场竞争的焦点。

采用有限元的常规分析技术，用计算机辅助设计代替经验设计，预测结构性能、实现结构优化，提高产品研发水平、降低产品成本，加快新产品上市。

1. 与产品研发同步的5个有限元分析阶段在汽车产品研发流程中，一般有如下5个同步的有限元分析阶段：第0阶段：对样车进行试验和分析；第1阶段：概念设计阶段的分析；第2阶段：详细设计阶段的分析；第3阶段：确认设计阶段的分析；第4阶段：产品批量生产后改进设计的分析。

有限元分析在产品研发的不同阶段有不同的分析目的和分析内容。

有限元分析和试验分析是互相结合和验证的。

在详细设计阶段，有些汽车公司对白车身和成品车车身都进行有限元分析，有些汽车公司只对白车身进行有限元分析。

2. 有限元分析的关键环节――建立合理的有限元模型有限元模型的建立是有限元分析的关键环节。

通过力学分析，把实际工程问题简化为有限元分析的问题，提出建立有限元模型的具体意见和方法，确定载荷和位移边界条件，使得有限元分析有较好的模拟（仿真）效果。

前处理自动生成的网格可能存在问题。

建立有限元模型的好坏直接影响计算结果的误差和分析结论的正确性。

在结构的几何图形上，划分有限元网格是建立有限元模型的主要内容之一。

在用有限元分析的前处理自动生成网格时，特别是用常应变单元自动生成有限元网格时要非常注意，有可能存在问题，应引起注意，必要时加以改进。

有限元法在汽车中的应用有限元法是随着计算机技术的应用而发展起来的一种先进的技术，广泛应用于各个领域中的科学计算、设计、分析中,成功的解决了许多复杂的设计和分析问题,己成为工程设计和分析中的重要工具。

随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法，有限元法在产品设计和研制中所显示出的无可伦比的优越性，使其成为企业在市场竞争中制胜的一个重要工具,有限元法在机电工程中的应用也越来越重要。

现代汽车工业技术快速发展，计算机技术不断推陈出新，使分析仿真技术以其快速高效和低成本的强大优势,成为汽车设计的重要手段,各种分析软件成为CAE技术广泛应用的工具。

有限元在机械设计中的优点是有目共睹的,在汽车的设计中这些优势得到了完美的体现,其优点如下：1、与CAD软件的无缝集成当今有限元分析软件的一个发展趋势是与通用CAD软件的集成使用，即在用CAD软件完成部件和零件的造型设计后,能直接将模型传送到CAE软件中进行有限元网格划分并进行分析计算，如果分析的结果不满足设计要求则重新进行设计和分析，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。

2、更为强大的网格处理能力有限元法求解问题的基本过程主要包括:分析对象的离散化、有限元求解、计算结果的后处理三部分。

对于许多工程实际问题，在整个求解过程中，模型的某些区域将会产生很大的应变,引起单元畸变，从而导致求解不能进行下去或求解结果不正确,因此必须进行网格自动重划分。

有限元使用的自适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展、薄板成形等大应变分析的必要条件.3、由求解线性问题发展到求解非线性问题随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求，许多工程问题如材料的破坏与失效、裂纹扩展等仅靠线性理论根本不能解决,必须进行非线性分析求解,为此国外一些公司花费了大量的人力和物力开发非线性求解分析软件，它们的共同特点是具有高效的非线性求解器、丰富而实用的非线性材料库.4、由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解理论上已经证明，只要用于离散求解对象的单元足够小，所得的解就可足够逼近于精确值。

浅谈有限元法在汽车设计中的应用有限元法是一种高效能的计算方法，通过电子计算机将复杂的问题简化成为具有有限个自由度的问题，然后采用结构矩阵分析法进行求解。

在汽车设计中，有限元法能降低计算成本，节约计算时间，提高计算速度，使计算结果更准确，值得工程师应用。

汽车车身是汽车主要的受力结构，为了延长车身的疲劳寿命、满足汽车装配和用户使用要求，在设计车身时，要保证车身具有足够的强度和刚度，能满足人机工程要求和乘坐舒适，保证车身抗冲击性强，合理控制汽车发动时产生的噪声和振动，车身设计结构合理、制造维护方便等。

传统方法是将复杂问题简单化，然后根据简单化后的问题提出一些假设，最后得到一个能够计算的简单问题。

这种方法计算出的结果不准确。

有限元法的主要思想是离散思想，将复杂的问题简化成为有限个单元的问题，然后采用结构矩阵分析法进行分析，大大提高了计算速度和精确率。

有限元法的特点1.1.离散思想。

有限元法借助离散思想，将分析的元素看成是由有限个单元组成的，将有限个单元形成一个整体模型，这个模型仅在单元之间的节点处有连接。

对模型内的各个单元进行假设，假设每个不同的单元有不同的位移模式，位移模式通过节点的位移来描述。

通过这种方法，我们想要得到每个单元的变形和单元应力，仅仅需要求解节点位移。

尽量将刚度和相邻单元大致相当的单元划分到同一整体模型中，在计算时可以采用正方形或等边三角形的单元形态，这样可以减小误差，使计算结果更准确。

1.2.有限元法计算过程简单。

整个模型内的代数方程求出结果后再引入有限元法的边界条件。

当边界条件发生变化时，内部单元和边界单元的场变量函数保持不变，节约计算时间，提高工作效率[1]。

1.3.有限元方法简便易掌握。

有限元法是将复杂的问题化成简单的问题，方法简单，工程技术人员容易理解和掌握。

1.4.有限元法应用广泛。

有限元法能够处理较复杂的材料性质问题和非均质连续介质问题，适用于边界条件和复杂几何形状的应力分析。

有限元在汽车工程中的应用摘要：现代汽车工业技术快速发展,计算机技术不断推陈出新，使分析仿真技术以其快速高效和低成本的强大优势,成为汽车设计的重要手段，各种分析软件成为CAE技术广泛应用的工具.关键词:有限元分析汽车CAE技术1。

前言汽车由底盘、发动机、车身三大总成构成。

在这三大总成中,车身总成比底盘和发动机总成要复杂得多，车身的设计过程也相对复杂，涉及到工业造型、工程材料、生产工艺、结构力学、人机工程等众多学科。

所以直到今日,车身设计尚无通用的标准和规范的设计过程可以遵循.ＣAE技术将“基于物理样机试验的传统设计方法”带入基于“虚拟样机仿真的现代设计方法”,大幅缩短了产品开发周期,并可以获得比试验更多的数据．2。

正文随着中国汽车工业的发展，自主品牌轿车日渐成为国内汽车厂家的发展战略目标，轿车数字化设计成为必经之路.现代设计方法表明,产品设计虽然只占产品整个成本的５%,但它却影响整个成本的7０%，CＡE模拟分析技术可以很好地解决产品设计中的问题，并做到快速修正.在汽车底盘设计中,后桥设计很关键。

由于后桥零部件受力比较复杂且相互关联,在概念设计完成后，只有通过CＡE仿真分析，才可以快速、全面了解后桥各零部件受力和相互影响情况,并指导优化设计，以保证后桥零部件具有足够的刚度和强度,同时满足结构型式要求。

在汽车发展历史上，至今还没有什么技术能与ＣAE技术相比,为汽车企业带来巨大的回报。

统计结果表明，应用CAE 技术后，新车开发期的费用占开发成本的比例从80％~90％下降到８%～12%。

例如:美国福特汽车公司2000年应用CAE 后,其新车型开发周期从36个月降低到12~1８个月;开发后期设计修改率减少50％；原型车制造和试验成本减少５０%;投资收益提高50％。

汽车行业是一个高速发展的行业,其竞争也日趋激烈，在这种情况下,新产品推出的速度也越来越快,这也对行业的CAE应用提出了越来越高的要求。

ＣAE技术为汽车行业的高速发展提供具有中心价值地位的技术保障,可以为企业带来巨大的技术经济效益.2．1有限元方法在汽车上的应用有限元方法在汽车上主要有以下几种应用：(1)结构静力分析:这是在车辆及其发动机的各种零部件设计中最常见的问题,也是应用最为广泛的领域，即分析计算结构与时间无关的应力分布与变形情况。

汽车有限元分析复习资料汽车有限元分析复习资料有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程分析方法，用于模拟和预测复杂结构的力学行为。

在汽车工程领域，有限元分析被广泛应用于车辆设计和优化过程中，以提高车辆的性能、安全性和可靠性。

本文将介绍汽车有限元分析的基本原理、应用以及相关的复习资料。

一、有限元分析的基本原理有限元分析的基本原理是将复杂的结构划分为许多小的有限元，通过对每个有限元进行力学计算，再将这些计算结果整合起来得到整个结构的力学行为。

这种方法可以有效地模拟真实结构的力学行为，同时减少计算复杂度。

在汽车有限元分析中，常用的有限元类型包括线性弹性元、非线性元、壳单元和体单元等。

线性弹性元适用于弹性材料的分析，非线性元则可以处理材料的非线性行为，如塑性变形和接触问题。

壳单元和体单元则用于分析汽车的薄壳结构和实体结构。

二、汽车有限元分析的应用汽车有限元分析广泛应用于车辆设计和优化的各个方面。

以下是一些常见的应用领域：1. 结构强度分析：通过有限元分析，可以评估车辆的结构强度，包括车身、底盘和车轮等部件。

这有助于设计师优化结构，以满足安全性和可靠性要求。

2. 碰撞分析：汽车碰撞是一项重要的安全性能指标。

有限元分析可以模拟不同碰撞情况下的车辆变形和受力情况，帮助设计师改进车辆的碰撞安全性。

3. 声学分析：汽车内部的噪音和振动是影响驾驶舒适性的重要因素。

有限元分析可以预测车辆在不同工况下的噪音和振动水平，并指导设计师改进车辆的NVH（噪音、振动和刚度）性能。

4. 热传导分析：汽车发动机和排气系统中的热传导问题对性能和可靠性有重要影响。

有限元分析可以模拟热传导过程，帮助设计师优化散热系统和降低热应力。

三、汽车有限元分析的复习资料对于学习汽车有限元分析的人来说，合适的复习资料非常重要。

以下是一些建议的复习资料：1. 《有限元分析与工程应用》：这本书是有限元分析的经典教材，包含了丰富的理论知识和实例分析。