汽车CAE技术及工程实践

第1章概述1

1.1CAE技术的基本概念1

1.2CAE技术的国内外研究现状2

1.3CAE分析过程及模拟仿真步骤3

1.3.1有限元分析3

1.3.2优化设计的一般过程4

1.3.3基于虚拟样机技术的仿真步骤5

1.4CAE分析的研究及发展趋势6

1.4.1基于知识的CAE分析6

1.4.2协同CAE分析技术7

1.5CAE技术与汽车产品开发10

参考文献13

第2章CAE技术基础14

2.1有限单元法14

2.1.1有限单元法的基本思想及基本步骤14

2.1.2有限单元法在汽车工程领域的应用15

2.2多体系统动力学17

2.2.1多体系统动力学建模理论17

2.2.2多体系统动力学的建模与求解19

2.2.3多体系统动力学在汽车工程领域的应用20

2.3优化设计20

2.3.1优化设计建模20

2.3.2优化设计问题的基本解法22

2.3.3CAE分析中的优化设计方法23

2.3.4CAE优化设计过程24

2.3.5优化设计在汽车工程领域的应用26

2.4工程数据库系统27

2.4.1工程数据库系统的概念及特点27

2.4.2数据模型28

2.4.3工程数据库的客户/服务器结构29

2.4.4工程数据库系统的构成方法31

2.5人工智能32

2.5.1人工智能的定义32

2.5.2人工智能的应用领域33

参考文献36

第3章汽车CAE的部分主流软件系统及其应用37

3.1ADAMS软件的功能及应用38

3.2ANSYS软件的功能及应用39

3.2.1ANSYS软件介绍39

3.2.2ANSYS软件的应用40

3.3NASTRAN软件的功能及应用42

3.3.1NASTRAN软件介绍42

3.3.2NASTRAN软件的应用43

3.4SYSNOISE软件的功能及应用45

3.4.1SYSNOISE软件介绍45

3.4.2SYSNOISE软件的应用46

3.5Matlab/Simulink软件的功能及应用47

3.5.1Matlab/Simulink软件介绍47

3.5.2Matlab/Simulink软件的应用48

3.6RecurDyn软件的功能及应用49

3.6.1RecurDyn软件介绍49

3.6.2RecurDyn软件的应用50

3.7ABAQUS软件的功能及应用51

3.7.1ABAQUS软件介绍51

3.7.2ABAQUS软件的应用52

3.8LS-DYNA软件的功能及应用54

3.8.1LS-DYNA软件介绍54

3.8.2LS-DYNA软件的应用55

3.9ADINA软件的功能及应用57

3.9.1ADINA软件介绍57

3.9.2ADINA软件的应用58

3.10ALGOR软件的功能及应用60

3.10.1ALGOR软件介绍60

3.10.2ALGOR软件的应用61

3.11HyperWorks软件的功能及应用63

3.11.1HyperWorks软件介绍63

3.11.2HyperWorks软件的应用65

3.12MSC.Dytran软件的功能及应用69

3.12.1MSC.Dytran软件介绍69

3.12.2MSC.Dytran软件的应用71

3.13MSC.Fatigue软件的功能及应用73

3.13.1MSC.Fatigue软件介绍73

3.13.2MSC.Fatigue软件的应用75

3.14STAR-CD软件的功能及应用76

3.14.1STAR-CD软件介绍76

3.14.2STAR-CD软件的应用77

3.15Fluent软件的功能及应用80

3.15.1Fluent软件介绍80

3.15.2Fluent软件的应用81

参考文献85

第4章基于ADAMS的微车后悬架螺栓受力分析87

4.1ADAMS的分析流程87

4.2螺旋弹簧非独立悬架及模型参数确定89

4.2.1螺旋弹簧非独立悬架的基本结构89

4.2.2模型参数定义90

4.3后悬架模型的建立90

4.3.1导向机构91

4.3.2弹性元件92

4.3.3阻尼元件93

4.3.4部件间的连接94

4.3.5定义通信器95

4.3.6后悬架子系统96

4.3.7轮胎与实验台架97

4.4模型测试及仿真分析98

4.4.1有限元分析98

4.4.2实验研究98

4.4.3实验结果与仿真结果的对比分析100

4.5后悬架螺栓受力分析101

4.5.1轮胎跳动对螺栓受力的影响101

4.5.2外加载荷对螺栓受力的影响102

参考文献105

第5章微型汽车发动机舱散热特性研究与改进设计106

5.1发动机舱散热数学模型106

5.1.1车身模型106

5.1.2发动机舱数学模型106

5.1.3模拟风洞的建立107

5.2网格生成108

5.3物理参数110

5.4边界条件110

5.4.1计算工况110

5.4.2外部边界条件111

5.4.3内部边界条件111

5.5发动机舱内外流场特性分析113

5.5.1外流场特性分析113

5.5.2内流场特性分析116

5.6发动机舱散热特性分析119

5.7发动机舱进风口设计分析121

5.8发动机舱温度场分析122

5.9基于前端进气设计参数优化123

5.9.1前端进风口参数对冷却风气流的影响123

5.9.2上下进气格栅进风量比例的改进124

5.9.3上下进气格栅进风角度的改进125

5.9.4上下进气格栅之间结构的改进127

5.9.5散热器两侧加装导流板128

5.10冷却系统布置设计优化130

5.10.1冷却系统布置方式改进130

5.10.2散热器与风扇距离的改进131

5.11发动机舱散热改进设计效果分析133

5.12发动机舱散热改进设计实验验证134

5.12.1实验系统组成134

5.12.2改进前后冷却系统散热性能对比分析137

5.12.3改进前后发动机舱空间温度对比分析141

5.12.4改进前后冷却风风速对比分析143

参考文献145

第6章基于减少功率损失的微型汽车传动系统参数优化147

6.1微型汽车传动系统功率损失模型147

6.1.1离合器功率损失模型147

6.1.2搅油功率损失模型148

6.1.3风阻功率损失模型150

6.1.4圆柱齿轮功率损失模型150

6.1.5圆锥齿轮功率损失模型152

6.1.6轴承功率损失模型155

6.1.7油封功率损失模型156

6.2各部件功率损失仿真模型157

6.2.1离合器功率损失仿真模型157

6.2.2变速器功率损失仿真模型157

6.2.3主减速器功率损失仿真模型157

6.2.4差速器功率损失仿真模型157

6.2.5半轴功率损失仿真模型158

6.2.6传动系统功率损失仿真模型158

6.3微型汽车传动系统功率损失的试验研究160

6.3.1微型汽车传动系统功率损失试验方案160

6.3.2微型汽车传动系统功率损失试验方案实施164

6.4试验测试结果与仿真结果对比分析165

6.4.1变速箱功率损失试验测试与仿真结果对比分析165

6.4.2主减速器功率损失试验测试与仿真结果对比分析166

6.4.3传动系统功率损失试验测试与仿真结果对比分析166

6.5基于减少功率损失的传动系统参数优化设计167

6.5.1传动系统参数对整车性能的影响168

6.5.2参数优化设计169

6.5.3优化算法的选择171

6.5.4优化仿真及结果分析172

参考文献176

第7章基于碰撞安全的微车车身轻量化研究178

7.1微车车身结构与轻量化材料178

7.1.1微车车身结构179

7.1.2微车车身轻量化材料选择180

7.2微车车身模型的创建及工况分析189

7.2.1微车车身有限元模型的建立190

7.2.2微车车身弯曲刚度分析192

7.2.3微车车身扭转刚度分析195

7.2.4微车车身自由模态分析197

7.3微车车身结构件的轻量化设计200

7.3.1基于灵敏度分析的结构件筛选200

7.3.2微车车身动静态特性的灵敏度分析202

7.4微车车身模型的多目标优化206

7.4.1多目标试验设计206

7.4.2建立近似数学模型207

7.4.3多目标优化计算209

7.5微车车身碰撞性能优化及验证213

7.5.1微车安全碰撞国家标准及工况分析213

7.5.2微车车身轻量化前后正面碰撞性能对比215

7.5.3微车耐撞性结构优化及轻量化性能验证216

参考文献222

第8章面向正面碰撞的微型汽车前纵梁结构设计224

8.1正面碰撞车身加速度波形目标分解225

8.1.1正面碰撞加速度的等效双台阶梯形波225

8.1.2碰撞波形特征值对乘员损伤的影响分析228

8.1.3前纵梁设计目标233

8.2前纵梁结构设计方法及试验验证235

8.2.1动态落锤试验235

8.2.2轴向冲击载荷下帽形截面梁结构压溃特性分析236

8.2.3前纵梁结构设计方法238

8.3正面碰撞工况下前纵梁多目标优化设计246

8.3.1近似模型方法246

8.3.2空间收缩回归法250

8.3.3正面碰撞台车模型253

8.3.4前纵梁结构多目标优化设计256

参考文献262