第1章——绪论

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1、湖南大学机械与运载工程学院HunanUniversityCollegeofMechanical&VehicleEngineering崔向阳第一章:绪论课程目标了解有限单元法的基本思想、有限元软件的基本结构和有限元法当前的进展情况。学习有限单元法的原理—结合弹性力学问题来介绍有限单元法的基本方法，包括单元分析、整体分析、载荷与约束处理、等参单元等概念。能从较高层次(数力原理)上理解有限元方法的实质，掌握有限元分析的工具，并具备初步处理工程问题的能力。能够对有限元分析结果的有效性和准确性进行评估，同时要认识到有限元方法的局限性。初步掌握使用有限元程序解决线性问题。有限单元法崔向阳2参考

2、教材G.R.Liu等著，龙述尧等译.有限元实用教程.湖南大学出版社.2005王勖成.有限单元法.北京：清华大学出版社，2003.曾攀.有限元分析及应用.北京：清华大学出版社，2004.Zienkiewicz,O.C.andTaylor,R.L.,TheFiniteElementMethod,5thEdition,McGraw-Hill,2000.Bathe,K.J.,FiniteElementProceduresinEngineeringAnalysis,Prentice-Hall,1995.有限单元法崔向阳3有限元分析的作用及地位现代工业的进步，完全得力于计算机科技的突飞猛进。将计算机、计

3、算机软件应用于产品的开发、设计、分析与制造，已成为近代工业提升竞争力的主要方法。CADCAMCAECAE：在产品的研发过程中，利用计算机进行建模及性能仿真分析有限元法是CAE的最主要方法，是处理各种复杂工程问题的重要分析手段，也是进行科学研究的重要工具。利用有限元分析可以获取几乎任意复杂工程结构的各种机械性能信息，可以直接就工程设计进行各种评判及优化，提高产品品质。有限单元法崔向阳4为何要学习本课程造型阶段通过CAE为造型提供输入和限制空气动力学、人机工程等设计阶段通过CAE进行结构细节设计强度、刚度、振动、安全、疲劳等制造阶段通过CAE进行制造过程模拟，预测缺陷冲压、挤压、切削等基于

4、有限元的数值模拟技术贯穿于现代产品设计与制造的全过程有限单元法崔向阳5为何要学习本课程汽车产品设计流程的变化过去的设计制造试验再设计设计虚拟试验现在的制造试验（CAD）（CAE）再设计再设计设计虚拟试验要做的概念设计优化制造试验（CAD）（CAE）优化再设计有限单元法崔向阳6为何要学习本课程结构分析工程设计人机工程虚拟试验安全性工艺分析环境舒适性以功能与性能设计为主线，强化概念设计阶段的虚拟开发能力，对性能进行预测和控制。实现协同设计，在操纵性、平顺性、安全性、可靠性等方面，在车身设计、工程设计、产品验证、生产准备的全过程实现分析设计与试验的协调。有限单元法崔向阳7为何要学习本课程汽车结构有

5、限元分析汽车CAE技术的应用面向整车开发的全过程，在汽车开发过程（概念设计-详细设计-样机验证-定型生产）中实现全过程、整车及部件级虚拟样机仿真，减少原型车试验次数，降低生产成本、缩短新车研发周期。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标准分析流程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%。有限单元法崔向阳8车辆工程中有限元主要应用范围汽车结构强度和刚度分析静强度失效载荷产生超过屈服极限或强度

6、极限的应力载荷可是真的静载，也可为动载峰值静强度失效结构变形影响运动关系常见汽车零疲劳失效检查运动干涉部件失效变形过大失效问题共振原因失效汽车结构模态分析(属动力学分析领域)固有频率分析结构的固有特征固有振型广范用于汽车结构动态特性设计模态阻尼模态刚度广泛用于解决汽车结构振动噪声问题有限单元法崔向阳9车辆工程中有限元主要应用范围响应分析时间响应分析通常在时域内求系统的时间相应常用于疲劳分析、平顺性分析等频率响应和响应谱分析多用于随机振动整车路谱疲劳分析温度场计算对流、传导和辐射发动机温度场计算及散热问题保温车（冷藏车）隔热计算热应力分析活塞温度场计算结果有限单元法崔向阳

7、10车辆工程中有限元主要应用范围噪声振动分析声场分析空腔共鸣制动噪声部件机械振动噪声车身表面声压分析汽车空气动力学分析降低空气阻尼、升力等通风换气改善车身表面流场发动机进气及排放汽车空气动力学测试模拟有限单元法崔向阳11车辆工程中有限元主要应用范围汽车结构碰撞、冲击分析碰撞安全性问题车身安全性设计碰撞事故模拟再现汽车零部件冲压成形成形部件设计汽车侧碰模拟分析模具设计分析开裂