適讀人群 :本書內(nèi)容豐富、取材新穎、理論聯(lián)系實際、實用性強,既可供高等學校機械工程專業(yè)和車輛工程專業(yè)的研究生及本科生的相關課程作為教材使用,也可供從事與車輛工程相關的科研、設計、質(zhì)檢等部門的技術人員、設計人員及管理人員參考。
《汽車CAE技術及工程實踐》通過工程實例給出了解決問題的具體思路、應用技術和方法;針對國內(nèi)汽車企業(yè)對CAE技術日益增長的需求,以汽車產(chǎn)品設計開發(fā)流程為主線,實現(xiàn)CAE技術理論、理念與技能闡述的有機結(jié)合。以大量應用性的案例研究分析為主,反映了近幾年CAE技術的研究成果,內(nèi)容新穎,具有系統(tǒng)性、先進性和實用性。
當今汽車工業(yè)已成為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè),其發(fā)展水平反映了國家工業(yè)技術的綜合實力,而是否具有獨立的產(chǎn)品設計開發(fā)能力則關系到民族汽車工業(yè)的生死存亡。作為先進設計技術的代表,CAE技術已成為汽車企業(yè)產(chǎn)品設計開發(fā)的有效手段,其推廣應用已受到國內(nèi)汽車行業(yè)的高度重視,相關企業(yè)迫切需要熟練掌握CAE技術的高素質(zhì)人才。為了適應培養(yǎng)高素質(zhì)應用型工程技術人才的需要,編者結(jié)合多年來在汽車CAE技術的教學和科研中積累的經(jīng)驗,針對汽車設計開發(fā)的特點,有選擇性地介紹了現(xiàn)代設計方法的常用技術及汽車CAE的部分主流軟件系統(tǒng)及其應用。針對國內(nèi)汽車企業(yè)對CAE技術日益增長的需求,以汽車產(chǎn)品設計開發(fā)流程為主線,實現(xiàn)CAE技術理論、理念與技能闡述的有機結(jié)合。以大量應用性的案例研究分析為主,以某微型車為研究對象,對其傳動系統(tǒng)、主要結(jié)構(gòu)件及關鍵零部件等采用CAE技術進行結(jié)構(gòu)分析、流場分析及優(yōu)化設計,并通過試驗對比分析了CAE的仿真結(jié)果與試驗結(jié)果之間的誤差,以保證設計結(jié)果的可靠性。通過工程實例給出了解決問題的具體思路、應用技術和方法,反映了近幾年CAE技術的最新研究成果。在編寫本書的過程中,參考了國內(nèi)外大量的資料,力求內(nèi)容的完整、科學和新穎。
全書共分8章,第1、4、5章由周廷美、陳小希、王群撰寫;第2章由張和平撰寫;第3章由湯春球撰寫;第6~8章由莫易敏、田蜜、王金濤、張杰撰寫;全書由周廷美、莫易敏統(tǒng)稿。在書中還引用了其他一些作者的資料,在此一并致謝。
本書內(nèi)容豐富、取材新穎、實用性強,既可供高等學校機械工程專業(yè)、車輛工程專業(yè)的本科生和研究生的相關課程作為教材使用,也可供從事車輛工程專業(yè)的科研、設計、質(zhì)檢等部門的技術人員、設計人員及管理人員參考。
由于編者水平有限,書中的疏漏之處在所難免,懇請讀者批評指正。
編者
2017年7月
第1章概述1
1.1CAE技術的基本概念1
1.2CAE技術的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2
1.3CAE分析過程及模擬仿真步驟3
1.3.1有限元分析3
1.3.2優(yōu)化設計的一般過程4
1.3.3基于虛擬樣機技術的仿真步驟5
1.4CAE分析的研究及發(fā)展趨勢6
1.4.1基于知識的CAE分析6
1.4.2協(xié)同CAE分析技術7
1.5CAE技術與汽車產(chǎn)品開發(fā)10
參考文獻13
第2章CAE技術基礎14
2.1有限單元法14
2.1.1有限單元法的基本思想及基本步驟14
2.1.2有限單元法在汽車工程領域的應用15
2.2多體系統(tǒng)動力學17
2.2.1多體系統(tǒng)動力學建模理論17
2.2.2多體系統(tǒng)動力學的建模與求解19
2.2.3多體系統(tǒng)動力學在汽車工程領域的應用20
2.3優(yōu)化設計20
2.3.1優(yōu)化設計建模20
2.3.2優(yōu)化設計問題的基本解法22
2.3.3CAE分析中的優(yōu)化設計方法23
2.3.4CAE優(yōu)化設計過程24
2.3.5優(yōu)化設計在汽車工程領域的應用26
2.4工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)27
2.4.1工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的概念及特點27
2.4.2數(shù)據(jù)模型28
2.4.3工程數(shù)據(jù)庫的客戶/服務器結(jié)構(gòu)29
2.4.4工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成方法31
2.5人工智能32
2.5.1人工智能的定義32
2.5.2人工智能的應用領域33
參考文獻36
第3章汽車CAE的部分主流軟件系統(tǒng)及其應用37
3.1ADAMS軟件的功能及應用38
3.2ANSYS軟件的功能及應用39
3.2.1ANSYS軟件介紹39
3.2.2ANSYS軟件的應用40
3.3NASTRAN軟件的功能及應用42
3.3.1NASTRAN軟件介紹42
3.3.2NASTRAN軟件的應用43
3.4SYSNOISE軟件的功能及應用45
3.4.1SYSNOISE軟件介紹45
3.4.2SYSNOISE軟件的應用46
3.5Matlab/Simulink軟件的功能及應用47
3.5.1Matlab/Simulink軟件介紹47
3.5.2Matlab/Simulink軟件的應用48
3.6RecurDyn軟件的功能及應用49
3.6.1RecurDyn軟件介紹49
3.6.2RecurDyn軟件的應用50
3.7ABAQUS軟件的功能及應用51
3.7.1ABAQUS軟件介紹51
3.7.2ABAQUS軟件的應用52
3.8LS-DYNA軟件的功能及應用54
3.8.1LS-DYNA軟件介紹54
3.8.2LS-DYNA軟件的應用55
3.9ADINA軟件的功能及應用57
3.9.1ADINA軟件介紹57
3.9.2ADINA軟件的應用58
3.10ALGOR軟件的功能及應用60
3.10.1ALGOR軟件介紹60
3.10.2ALGOR軟件的應用61
3.11HyperWorks軟件的功能及應用63
3.11.1HyperWorks軟件介紹63
3.11.2HyperWorks軟件的應用65
3.12MSC.Dytran軟件的功能及應用69
3.12.1MSC.Dytran軟件介紹69
3.12.2MSC.Dytran軟件的應用71
3.13MSC.Fatigue軟件的功能及應用73
3.13.1MSC.Fatigue軟件介紹73
3.13.2MSC.Fatigue軟件的應用75
3.14STAR-CD軟件的功能及應用76
3.14.1STAR-CD軟件介紹76
3.14.2STAR-CD軟件的應用77
3.15Fluent軟件的功能及應用80
3.15.1Fluent軟件介紹80
3.15.2Fluent軟件的應用81
參考文獻85
第4章基于ADAMS的微車后懸架螺栓受力分析87
4.1ADAMS的分析流程87
4.2螺旋彈簧非獨立懸架及模型參數(shù)確定89
4.2.1螺旋彈簧非獨立懸架的基本結(jié)構(gòu)89
4.2.2模型參數(shù)定義90
4.3后懸架模型的建立90
4.3.1導向機構(gòu)91
4.3.2彈性元件92
4.3.3阻尼元件93
4.3.4部件間的連接94
4.3.5定義通信器95
4.3.6后懸架子系統(tǒng)96
4.3.7輪胎與實驗臺架97
4.4模型測試及仿真分析98
4.4.1有限元分析98
4.4.2實驗研究98
4.4.3實驗結(jié)果與仿真結(jié)果的對比分析100
4.5后懸架螺栓受力分析101
4.5.1輪胎跳動對螺栓受力的影響101
4.5.2外加載荷對螺栓受力的影響102
參考文獻105
第5章微型汽車發(fā)動機艙散熱特性研究與改進設計106
5.1發(fā)動機艙散熱數(shù)學模型106
5.1.1車身模型106
5.1.2發(fā)動機艙數(shù)學模型106
5.1.3模擬風洞的建立107
5.2網(wǎng)格生成108
5.3物理參數(shù)110
5.4邊界條件110
5.4.1計算工況110
5.4.2外部邊界條件111
5.4.3內(nèi)部邊界條件111
5.5發(fā)動機艙內(nèi)外流場特性分析113
5.5.1外流場特性分析113
5.5.2內(nèi)流場特性分析116
5.6發(fā)動機艙散熱特性分析119
5.7發(fā)動機艙進風口設計分析121
5.8發(fā)動機艙溫度場分析122
5.9基于前端進氣設計參數(shù)優(yōu)化123
5.9.1前端進風口參數(shù)對冷卻風氣流的影響123
5.9.2上下進氣格柵進風量比例的改進124
5.9.3上下進氣格柵進風角度的改進125
5.9.4上下進氣格柵之間結(jié)構(gòu)的改進127
5.9.5散熱器兩側(cè)加裝導流板128
5.10冷卻系統(tǒng)布置設計優(yōu)化130
5.10.1冷卻系統(tǒng)布置方式改進130
5.10.2散熱器與風扇距離的改進131
5.11發(fā)動機艙散熱改進設計效果分析133
5.12發(fā)動機艙散熱改進設計實驗驗證134
5.12.1實驗系統(tǒng)組成134
5.12.2改進前后冷卻系統(tǒng)散熱性能對比分析137
5.12.3改進前后發(fā)動機艙空間溫度對比分析141
5.12.4改進前后冷卻風風速對比分析143
參考文獻145
第6章基于減少功率損失的微型汽車傳動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化147
6.1微型汽車傳動系統(tǒng)功率損失模型147
6.1.1離合器功率損失模型147
6.1.2攪油功率損失模型148
6.1.3風阻功率損失模型150
6.1.4圓柱齒輪功率損失模型150
6.1.5圓錐齒輪功率損失模型152
6.1.6軸承功率損失模型155
6.1.7油封功率損失模型156
6.2各部件功率損失仿真模型157
6.2.1離合器功率損失仿真模型157
6.2.2變速器功率損失仿真模型157
6.2.3主減速器功率損失仿真模型157
6.2.4差速器功率損失仿真模型157
6.2.5半軸功率損失仿真模型158
6.2.6傳動系統(tǒng)功率損失仿真模型158
6.3微型汽車傳動系統(tǒng)功率損失的試驗研究160
6.3.1微型汽車傳動系統(tǒng)功率損失試驗方案160
6.3.2微型汽車傳動系統(tǒng)功率損失試驗方案實施164
6.4試驗測試結(jié)果與仿真結(jié)果對比分析165
6.4.1變速箱功率損失試驗測試與仿真結(jié)果對比分析165
6.4.2主減速器功率損失試驗測試與仿真結(jié)果對比分析166
6.4.3傳動系統(tǒng)功率損失試驗測試與仿真結(jié)果對比分析166
6.5基于減少功率損失的傳動系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設計167
6.5.1傳動系統(tǒng)參數(shù)對整車性能的影響168
6.5.2參數(shù)優(yōu)化設計169
6.5.3優(yōu)化算法的選擇171
6.5.4優(yōu)化仿真及結(jié)果分析172
參考文獻176
第7章基于碰撞安全的微車車身輕量化研究178
7.1微車車身結(jié)構(gòu)與輕量化材料178
7.1.1微車車身結(jié)構(gòu)179
7.1.2微車車身輕量化材料選擇180
7.2微車車身模型的創(chuàng)建及工況分析189
7.2.1微車車身有限元模型的建立190
7.2.2微車車身彎曲剛度分析192
7.2.3微車車身扭轉(zhuǎn)剛度分析195
7.2.4微車車身自由模態(tài)分析197
7.3微車車身結(jié)構(gòu)件的輕量化設計200
7.3.1基于靈敏度分析的結(jié)構(gòu)件篩選200
7.3.2微車車身動靜態(tài)特性的靈敏度分析202
7.4微車車身模型的多目標優(yōu)化206
7.4.1多目標試驗設計206
7.4.2建立近似數(shù)學模型207
7.4.3多目標優(yōu)化計算209
7.5微車車身碰撞性能優(yōu)化及驗證213
7.5.1微車安全碰撞國家標準及工況分析213
7.5.2微車車身輕量化前后正面碰撞性能對比215
7.5.3微車耐撞性結(jié)構(gòu)優(yōu)化及輕量化性能驗證216
參考文獻222
第8章面向正面碰撞的微型汽車前縱梁結(jié)構(gòu)設計224
8.1正面碰撞車身加速度波形目標分解225
8.1.1正面碰撞加速度的等效雙臺階梯形波225
8.1.2碰撞波形特征值對乘員損傷的影響分析228
8.1.3前縱梁設計目標233
8.2前縱梁結(jié)構(gòu)設計方法及試驗驗證235
8.2.1動態(tài)落錘試驗235
8.2.2軸向沖擊載荷下帽形截面梁結(jié)構(gòu)壓潰特性分析236
8.2.3前縱梁結(jié)構(gòu)設計方法238
8.3正面碰撞工況下前縱梁多目標優(yōu)化設計246
8.3.1近似模型方法246
8.3.2空間收縮回歸法250
8.3.3正面碰撞臺車模型253
8.3.4前縱梁結(jié)構(gòu)多目標優(yōu)化設計256
參考文獻262