CAE

虛擬試驗(yàn)技術(shù)4.3.1常用CAE

軟件介紹□ANSYSANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)，熱，流體，電磁，聲學(xué)于一體的大型通用有限元商用軟件，可廣泛應(yīng)用于核工業(yè)，鐵道，石油化工，航空航天，機(jī)械制造，能源，電子，造船，汽車交通，國防軍工，土木工程，生物醫(yī)學(xué)，輕工，地礦，水利，日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究，是目前最主要的有限

元(Finite

Element

Analysis,簡稱FEA)

程序。該軟件可在大多數(shù)計(jì)算機(jī)及操作系統(tǒng)上運(yùn)行；ANSYS

基于Motif的菜單系統(tǒng)使用戶能夠通過對話框，下拉式菜單和子菜單進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和功能選

擇，大大方便了用戶操作。ANSYS

軟件能于大多數(shù)CAD

軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中高級的CAD/CAE軟件之一。ANSYS

公司成立于1970年，是由美國匹茲堡大學(xué)的John

Swanson博士創(chuàng)建的，其總部位于美

國賓夕法尼亞州的匹茲堡，目前是世界CAE

行業(yè)最大的公司。50余年來，ANSYS

公司一直致力于設(shè)計(jì)分析軟件的開發(fā)，不斷吸取新的計(jì)算方法和計(jì)算技術(shù)，領(lǐng)導(dǎo)著世界有限元技術(shù)的發(fā)展。汽車試驗(yàn)技術(shù)4.3.1常用CAE軟件介紹口

Hyperworks美國Altair

公司開發(fā)的

HyperWorks

是一個(gè)創(chuàng)新、開放的企業(yè)級CAE平臺(tái)，它集成設(shè)計(jì)與分析所需各種工具，具有無比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面。HyperWorks

包括以下模塊：a)Altair

HyperMesh高性能、開放式有限單元前后處理器，讓您在一個(gè)高度交互和可視化的環(huán)境下驗(yàn)證及分析多種設(shè)計(jì)情況。

b)AltairMotionView通用多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真及工程數(shù)據(jù)前后處理器，它在一個(gè)直觀的用戶界面中結(jié)合了交互式三維動(dòng)畫和強(qiáng)大無比

的曲線圖繪制功能。c)Altair

HyperGraph強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和圖表繪制工具，具有多種流行的工程文件格式接口、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和圖表繪制功能、以及先進(jìn)的定制能力和高質(zhì)量的報(bào)告生成器。d)Altair

HyperForm集成HyperMesh

強(qiáng)大的功能和金屬成型單步求解器，是一個(gè)使用逆向逼近方法的金屬板材成型仿真有限元軟件。汽車試驗(yàn)技術(shù)e)AltairHyperOpt使用各種分析軟件進(jìn)行參數(shù)研究和模型調(diào)整的非線性優(yōu)化工具。f)AltairOptiStruct世界領(lǐng)先的基于有限元的優(yōu)化工具，使用拓?fù)?/p>

優(yōu)化方法進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。g)AltairOptiStruct/FEA基本線性靜態(tài)、特征值分析模塊。目

前

，Altairhyperworks軟件已經(jīng)成為汽車企

業(yè)應(yīng)用最廣泛的主流軟件之一。+

西tb

毛

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出

鳥

風(fēng)Ca

a

員早·4.3.1常用CAE軟件介紹□MSC.Patran/NastranMSC.Software

Corporation(簡稱MSC.Software)公司創(chuàng)建于1963年，總部位于美國洛杉磯。MSC.Software

公司產(chǎn)品眾多，其中最著名的有

MSC.PATRAN,MSC.NASTRAN,MSC.MARC,MSC.DYTRAN,MSC.FATIGUE等。MSC.PATRAN

誕生與1980年前后，是由美國國家宇航局(NASA)開發(fā)的

通用計(jì)算機(jī)輔助工程分析前后處理器，它是工業(yè)領(lǐng)域最著名的并行框架式有限元

分析工具。它始終是美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)飛行器適航證領(lǐng)取的唯一驗(yàn)證

軟

件

。汽車試驗(yàn)技術(shù)CAE

虛擬試驗(yàn)技術(shù)有限元基本概念和相關(guān)術(shù)語單元

節(jié)點(diǎn)

載荷邊界條件初始條件汽車試驗(yàn)技術(shù)4.3.2有限元基本概念和相關(guān)術(shù)語口

有限元基本概念和相關(guān)術(shù)語4.3.2有限元基本概念和相關(guān)術(shù)語(

1

)

單

元有限元模型中每一個(gè)小的塊體稱為一個(gè)單元。根據(jù)其形狀的不同，可以將

單元?jiǎng)澐譃橐韵聨追N類型：線段單元，三角形單元，四邊形單元，四面體單元

和六面體單元等。由于單元是構(gòu)成有限元模型的基礎(chǔ)，因此單元類型對于有限元分析過程至關(guān)重要。一個(gè)有限元程序提供的單元種類越多，該程序功能就越強(qiáng)大。ANSYS程序提供了一百余種單元種類，可以模擬和分析絕大多數(shù)的工程問

題

。汽車試驗(yàn)技術(shù)4.3.2有限元基本概念和相關(guān)術(shù)語(

2

)

節(jié)

點(diǎn)用于確定單元形狀，表述單元特征及連接相鄰單元的點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。

節(jié)點(diǎn)是有限元模型中的最小構(gòu)成元素。多個(gè)單元可以公用1個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)

起連接單元和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞的作用。汽車試驗(yàn)技術(shù)4.3.2有限元基本概念和相關(guān)術(shù)語(

3

)

載

荷工程結(jié)構(gòu)所受到的外在施加的力或力矩稱為載荷，包括集中力，力矩及分布力等。在不同的學(xué)科中，載荷的含義有所差別。在通常結(jié)構(gòu)分析過程

中，載荷為力，位移等，在溫度場分析過程中，載荷是指溫度等，而在電磁

場分析過程中，載荷是指結(jié)構(gòu)所受的電場和磁場作用。汽車試驗(yàn)技術(shù)4.3.2有限元基本概念和相關(guān)術(shù)語(4)邊界條件邊界條件是指結(jié)構(gòu)在邊界上所受到的外加約束。在有限元分析過程中，

施加正確的邊界條件是獲得正確的分析結(jié)果和較高的分析精度的關(guān)鍵。(5)初始條件初始條件是結(jié)構(gòu)響應(yīng)前所施加的初始速度，初始溫度及預(yù)應(yīng)力等。汽車試驗(yàn)技術(shù)CAE

虛擬試驗(yàn)技術(shù)4.3.4

CAE分析基本流程□CAE

分析的概念■

CAE(ComputerAided

Engineering)為計(jì)算機(jī)輔助工程的英文縮寫?！霾捎锰摂M分析方法對結(jié)構(gòu)(場)的性能進(jìn)行模擬(仿真),預(yù)測結(jié)構(gòu)(場)的性

能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)(場)的設(shè)計(jì)，為產(chǎn)品研發(fā)提供指南，為解決實(shí)際工程問題提供依

據(jù)。汽車試驗(yàn)技術(shù)同

料

屋4orTeanowSYChenerEAoptiaitzatoncom200409YauerEAoPTMIZATIONCW2004104.3.4

CAE分析基本流程指引方向□CAE

分析的優(yōu)勢開具處方■

增加設(shè)計(jì)功能，減少設(shè)計(jì)成本；

識(shí)別問題■

縮短設(shè)計(jì)和分析的循環(huán)周期；■

增加產(chǎn)品和工程的可靠性；■

采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低材料的消耗或成本；■

在產(chǎn)品制造或工程施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的問題；■

模擬各種試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)；■

進(jìn)行機(jī)械事故分析，查找事故原因。汽車試驗(yàn)技術(shù)化驗(yàn)分析設(shè)計(jì)制造試驗(yàn)再設(shè)計(jì)(CAD)

制造

試驗(yàn)New

Process再設(shè)計(jì)再設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)優(yōu)化

(CAD)

(CAE)

制造

試驗(yàn)優(yōu)化再設(shè)計(jì)4.3.4

CAE分析基本流程□

CAE

分析的優(yōu)勢UpfrontCAEledDesignDevelopment

Timeline設(shè)計(jì)

虛擬試驗(yàn)(CAE)汽車試驗(yàn)技術(shù)Old

ProcessAttributeExperts設(shè)計(jì)

虛擬試驗(yàn)ResourcesAttributeExpertsob#1汽車結(jié)構(gòu)模型信息制定有限元分析方案(分析對象、分析類型、分析目的)建立有限元模型否網(wǎng)格劃分、單元質(zhì)量、焊點(diǎn)處理等是7初步結(jié)果分析

求解計(jì)算分析結(jié)果討論評價(jià)模型確認(rèn)?7檢驗(yàn)分析設(shè)計(jì)目標(biāo)分析報(bào)告數(shù)據(jù)存檔汽車試驗(yàn)技術(shù)最大變形最大應(yīng)力>受載下的剛度極限強(qiáng)度>疲勞壽命振動(dòng)特性熱應(yīng)力幾個(gè)要求的綜合優(yōu)化4.3.4

CAE分析基本流程□CAE分析流程■

第一階段：制定有限元分析方案樣車試驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)修改結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析任務(wù)結(jié)束載荷與邊界約束條件有限元模型檢查1.CAD

模型2.材料屬性3.載荷工況4.邊界約柬5.連接關(guān)系汽車試驗(yàn)技術(shù)4.3.4

CAE分析基本流程■

第二階段：汽車結(jié)構(gòu)有限元建模及計(jì)算建立有限元模型標(biāo)準(zhǔn)的有限元分析流程有限元模型檢查網(wǎng)格劃分、單元質(zhì)量、焊點(diǎn)處理等載荷與邊界約束條件分析結(jié)果討論評價(jià)模型確認(rèn)

?

樣車試驗(yàn)檢驗(yàn)檢驗(yàn)分析設(shè)計(jì)目標(biāo)分析報(bào)告數(shù)據(jù)存檔設(shè)計(jì)修改

結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析任務(wù)結(jié)束求解/分析RADIOSS/OptiStruct可

視

化(

后

處

理

)

(HyperView,HyperGraph)否求解計(jì)算網(wǎng)格劃分

1D/2D/3D材料，屬性和求解器信息

載荷，約束和工況導(dǎo)出有限元模型結(jié)構(gòu)模型信息1.CAD

模型2.材料屬性3.載荷工況4.邊界約束5.連接關(guān)系制定有限元分析方案(分析對象、分析類型、分析目的)云圖(應(yīng)力，位移，等等)

二維/三維的曲線/曲面(

建

模

)

前

處

理

(HyperMesh)初步結(jié)果分析單元質(zhì)量單元相互連接幾何清理幾何特征簡化CAD

模

型CAE模

型導(dǎo)入CAD

數(shù)模汽車試驗(yàn)技術(shù)4.3.4

CAE分析基本流程■第三階段：對分析結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，并對前處理模型進(jìn)行確認(rèn)是了初步結(jié)果分析

求解計(jì)算

載荷與邊界約束條件分析結(jié)果討論評價(jià)制定有限元分析方案(分析對象、分析類型、分析目的)否結(jié)構(gòu)模型信息1.CAD

模

型2

.

材料屬性3

.

載荷工況4

.

邊界約束5

.

連

接

關(guān)

系建立有限元模型有限元模型檢查網(wǎng)格劃分、單元質(zhì)量、焊點(diǎn)處理等模型確認(rèn)

?檢驗(yàn)分析設(shè)計(jì)目標(biāo)分析報(bào)告數(shù)據(jù)存檔樣車試驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)修改

結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析任務(wù)結(jié)束ContourPiotEigen

Mode

Ma

Anabysissystem-2072E+01-1.843E+01

—1.613E+01-1.384E+01-1.154E+01-9245E+006949E+00-4653E+00-

2367E+00

6.143E.02Ma=2072E-01

G4ds1499151012356789模態(tài)階數(shù)1:MoselStca*1(ign:Modo1-F=9Z2827E+01Fama

6:Anglo2500065模態(tài)階數(shù)

4100

04030670MAC值%2000結(jié)構(gòu)模型信息制定有限元分析方案(分析對象、分析類型、分析目的)5.連接關(guān)系建立有限元模型否網(wǎng)格劃分、單元質(zhì)量、焊點(diǎn)處理等是7初步結(jié)果分析

求解計(jì)算分析結(jié)果討論評價(jià)模型確認(rèn)檢驗(yàn)分析設(shè)計(jì)目標(biāo)分析報(bào)告數(shù)據(jù)存檔4.3.4

CAE分析基本流程■第四階段：檢驗(yàn)分析結(jié)果是否達(dá)到目標(biāo)值要求，并采取必要的優(yōu)化措施Plate

undertorsionDesignvariablegeneratiorFinal

DesignFinalcontour樣車試驗(yàn)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)修改結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析任務(wù)結(jié)束數(shù)值計(jì)算

工程經(jīng)驗(yàn)

武驗(yàn)修正汽車試驗(yàn)技術(shù)載荷與邊界約束條件有限元模型檢查L.CAD模型2.材料屬性3.載荷工況4.邊界約束CAE

虛擬試驗(yàn)技術(shù)汽車試驗(yàn)技術(shù)4.3.5

CAE技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用口

剛度和強(qiáng)度分析73674

85,95398.231

110.5124.558

36.837437E-0351001049116Modlel61.39512.229汽車試驗(yàn)技術(shù)4.3.5

CAE技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用□

NVH

分析人-層愕系族自炭續(xù)蘆起軍員后危批動(dòng)力總成前懸禁蜜4.3.5

CAE技術(shù)在汽車工程中的應(yīng)用口機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析軸承