適讀人群 :本書(shū)內(nèi)容豐富、取材新穎、理論聯(lián)系實(shí)際、實(shí)用性強(qiáng),既可供高等學(xué)校機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)和車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)的研究生及本科生的相關(guān)課程作為教材使用,也可供從事與車(chē)輛工程相關(guān)的科研、設(shè)計(jì)、質(zhì)檢等部門(mén)的技術(shù)人員、設(shè)計(jì)人員及管理人員參考。
《汽車(chē)CAE技術(shù)及工程實(shí)踐》通過(guò)工程實(shí)例給出了解決問(wèn)題的具體思路、應(yīng)用技術(shù)和方法;針對(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)企業(yè)對(duì)CAE技術(shù)日益增長(zhǎng)的需求,以汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程為主線,實(shí)現(xiàn)CAE技術(shù)理論、理念與技能闡述的有機(jī)結(jié)合。以大量應(yīng)用性的案例研究分析為主,反映了近幾年CAE技術(shù)的研究成果,內(nèi)容新穎,具有系統(tǒng)性、先進(jìn)性和實(shí)用性。
當(dāng)今汽車(chē)工業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),其發(fā)展水平反映了國(guó)家工業(yè)技術(shù)的綜合實(shí)力,而是否具有獨(dú)立的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力則關(guān)系到民族汽車(chē)工業(yè)的生死存亡。作為先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)的代表,CAE技術(shù)已成為汽車(chē)企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的有效手段,其推廣應(yīng)用已受到國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的高度重視,相關(guān)企業(yè)迫切需要熟練掌握CAE技術(shù)的高素質(zhì)人才。為了適應(yīng)培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型工程技術(shù)人才的需要,編者結(jié)合多年來(lái)在汽車(chē)CAE技術(shù)的教學(xué)和科研中積累的經(jīng)驗(yàn),針對(duì)汽車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的特點(diǎn),有選擇性地介紹了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的常用技術(shù)及汽車(chē)CAE的部分主流軟件系統(tǒng)及其應(yīng)用。針對(duì)國(guó)內(nèi)汽車(chē)企業(yè)對(duì)CAE技術(shù)日益增長(zhǎng)的需求,以汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程為主線,實(shí)現(xiàn)CAE技術(shù)理論、理念與技能闡述的有機(jī)結(jié)合。以大量應(yīng)用性的案例研究分析為主,以某微型車(chē)為研究對(duì)象,對(duì)其傳動(dòng)系統(tǒng)、主要結(jié)構(gòu)件及關(guān)鍵零部件等采用CAE技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析、流場(chǎng)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì),并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比分析了CAE的仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果之間的誤差,以保證設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。通過(guò)工程實(shí)例給出了解決問(wèn)題的具體思路、應(yīng)用技術(shù)和方法,反映了近幾年CAE技術(shù)的最新研究成果。在編寫(xiě)本書(shū)的過(guò)程中,參考了國(guó)內(nèi)外大量的資料,力求內(nèi)容的完整、科學(xué)和新穎。
全書(shū)共分8章,第1、4、5章由周廷美、陳小希、王群撰寫(xiě);第2章由張和平撰寫(xiě);第3章由湯春球撰寫(xiě);第6~8章由莫易敏、田蜜、王金濤、張杰撰寫(xiě);全書(shū)由周廷美、莫易敏統(tǒng)稿。在書(shū)中還引用了其他一些作者的資料,在此一并致謝。
本書(shū)內(nèi)容豐富、取材新穎、實(shí)用性強(qiáng),既可供高等學(xué)校機(jī)械工程專(zhuān)業(yè)、車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)的本科生和研究生的相關(guān)課程作為教材使用,也可供從事車(chē)輛工程專(zhuān)業(yè)的科研、設(shè)計(jì)、質(zhì)檢等部門(mén)的技術(shù)人員、設(shè)計(jì)人員及管理人員參考。
由于編者水平有限,書(shū)中的疏漏之處在所難免,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
2017年7月
第1章概述1
1.1CAE技術(shù)的基本概念1
1.2CAE技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2
1.3CAE分析過(guò)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(shè)計(jì)的一般過(guò)程4
1.3.3基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的仿真步驟5
1.4CAE分析的研究及發(fā)展趨勢(shì)6
1.4.1基于知識(shí)的CAE分析6
1.4.2協(xié)同CAE分析技術(shù)7
1.5CAE技術(shù)與汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)10
參考文獻(xiàn)13
第2章CAE技術(shù)基礎(chǔ)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(chē)工程領(lǐng)域的應(yīng)用15
2.2多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)17
2.2.1多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模理論17
2.2.2多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建模與求解19
2.2.3多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在汽車(chē)工程領(lǐng)域的應(yīng)用20
2.3優(yōu)化設(shè)計(jì)20
2.3.1優(yōu)化設(shè)計(jì)建模20
2.3.2優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的基本解法22
2.3.3CAE分析中的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法23
2.3.4CAE優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程24
2.3.5優(yōu)化設(shè)計(jì)在汽車(chē)工程領(lǐng)域的應(yīng)用26
2.4工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)27
2.4.1工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的概念及特點(diǎn)27
2.4.2數(shù)據(jù)模型28
2.4.3工程數(shù)據(jù)庫(kù)的客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)29
2.4.4工程數(shù)據(jù)庫(kù)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(yīng)用領(lǐng)域33
參考文獻(xiàn)36
第3章汽車(chē)CAE的部分主流軟件系統(tǒng)及其應(yīng)用37
3.1ADAMS軟件的功能及應(yīng)用38
3.2ANSYS軟件的功能及應(yīng)用39
3.2.1ANSYS軟件介紹39
3.2.2ANSYS軟件的應(yīng)用40
3.3NASTRAN軟件的功能及應(yīng)用42
3.3.1NASTRAN軟件介紹42
3.3.2NASTRAN軟件的應(yīng)用43
3.4SYSNOISE軟件的功能及應(yīng)用45
3.4.1SYSNOISE軟件介紹45
3.4.2SYSNOISE軟件的應(yīng)用46
3.5Matlab/Simulink軟件的功能及應(yīng)用47
3.5.1Matlab/Simulink軟件介紹47
3.5.2Matlab/Simulink軟件的應(yīng)用48
3.6RecurDyn軟件的功能及應(yīng)用49
3.6.1RecurDyn軟件介紹49
3.6.2RecurDyn軟件的應(yīng)用50
3.7ABAQUS軟件的功能及應(yīng)用51
3.7.1ABAQUS軟件介紹51
3.7.2ABAQUS軟件的應(yīng)用52
3.8LS-DYNA軟件的功能及應(yīng)用54
3.8.1LS-DYNA軟件介紹54
3.8.2LS-DYNA軟件的應(yīng)用55
3.9ADINA軟件的功能及應(yīng)用57
3.9.1ADINA軟件介紹57
3.9.2ADINA軟件的應(yīng)用58
3.10ALGOR軟件的功能及應(yīng)用60
3.10.1ALGOR軟件介紹60
3.10.2ALGOR軟件的應(yīng)用61
3.11HyperWorks軟件的功能及應(yīng)用63
3.11.1HyperWorks軟件介紹63
3.11.2HyperWorks軟件的應(yīng)用65
3.12MSC.Dytran軟件的功能及應(yīng)用69
3.12.1MSC.Dytran軟件介紹69
3.12.2MSC.Dytran軟件的應(yīng)用71
3.13MSC.Fatigue軟件的功能及應(yīng)用73
3.13.1MSC.Fatigue軟件介紹73
3.13.2MSC.Fatigue軟件的應(yīng)用75
3.14STAR-CD軟件的功能及應(yīng)用76
3.14.1STAR-CD軟件介紹76
3.14.2STAR-CD軟件的應(yīng)用77
3.15Fluent軟件的功能及應(yīng)用80
3.15.1Fluent軟件介紹80
3.15.2Fluent軟件的應(yīng)用81
參考文獻(xiàn)85
第4章基于ADAMS的微車(chē)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(dú)立懸架及模型參數(shù)確定89
4.2.1螺旋彈簧非獨(dú)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(dǎo)向機(jī)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(shí)驗(yàn)臺(tái)架97
4.4模型測(cè)試及仿真分析98
4.4.1有限元分析98
4.4.2實(shí)驗(yàn)研究98
4.4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果的對(duì)比分析100
4.5后懸架螺栓受力分析101
4.5.1輪胎跳動(dòng)對(duì)螺栓受力的影響101
4.5.2外加載荷對(duì)螺栓受力的影響102
參考文獻(xiàn)105
第5章微型汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙散熱特性研究與改進(jìn)設(shè)計(jì)106
5.1發(fā)動(dòng)機(jī)艙散熱數(shù)學(xué)模型106
5.1.1車(chē)身模型106
5.1.2發(fā)動(dòng)機(jī)艙數(shù)學(xué)模型106
5.1.3模擬風(fēng)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(jì)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(dòng)機(jī)艙內(nèi)外流場(chǎng)特性分析113
5.5.1外流場(chǎng)特性分析113
5.5.2內(nèi)流場(chǎng)特性分析116
5.6發(fā)動(dòng)機(jī)艙散熱特性分析119
5.7發(fā)動(dòng)機(jī)艙進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)分析121
5.8發(fā)動(dòng)機(jī)艙溫度場(chǎng)分析122
5.9基于前端進(jìn)氣設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化123
5.9.1前端進(jìn)風(fēng)口參數(shù)對(duì)冷卻風(fēng)氣流的影響123
5.9.2上下進(jìn)氣格柵進(jìn)風(fēng)量比例的改進(jìn)124
5.9.3上下進(jìn)氣格柵進(jìn)風(fēng)角度的改進(jìn)125
5.9.4上下進(jìn)氣格柵之間結(jié)構(gòu)的改進(jìn)127
5.9.5散熱器兩側(cè)加裝導(dǎo)流板128
5.10冷卻系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)優(yōu)化130
5.10.1冷卻系統(tǒng)布置方式改進(jìn)130
5.10.2散熱器與風(fēng)扇距離的改進(jìn)131
5.11發(fā)動(dòng)機(jī)艙散熱改進(jìn)設(shè)計(jì)效果分析133
5.12發(fā)動(dòng)機(jī)艙散熱改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證134
5.12.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成134
5.12.2改進(jìn)前后冷卻系統(tǒng)散熱性能對(duì)比分析137
5.12.3改進(jìn)前后發(fā)動(dòng)機(jī)艙空間溫度對(duì)比分析141
5.12.4改進(jìn)前后冷卻風(fēng)風(fēng)速對(duì)比分析143
參考文獻(xiàn)145
第6章基于減少功率損失的微型汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化147
6.1微型汽車(chē)傳動(dòng)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(fēng)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(dòng)系統(tǒng)功率損失仿真模型158
6.3微型汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)功率損失的試驗(yàn)研究160
6.3.1微型汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)功率損失試驗(yàn)方案160
6.3.2微型汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)功率損失試驗(yàn)方案實(shí)施164
6.4試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果對(duì)比分析165
6.4.1變速箱功率損失試驗(yàn)測(cè)試與仿真結(jié)果對(duì)比分析165
6.4.2主減速器功率損失試驗(yàn)測(cè)試與仿真結(jié)果對(duì)比分析166
6.4.3傳動(dòng)系統(tǒng)功率損失試驗(yàn)測(cè)試與仿真結(jié)果對(duì)比分析166
6.5基于減少功率損失的傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)167
6.5.1傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)對(duì)整車(chē)性能的影響168
6.5.2參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(xiàn)176
第7章基于碰撞安全的微車(chē)車(chē)身輕量化研究178
7.1微車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)與輕量化材料178
7.1.1微車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)179
7.1.2微車(chē)車(chē)身輕量化材料選擇180
7.2微車(chē)車(chē)身模型的創(chuàng)建及工況分析189
7.2.1微車(chē)車(chē)身有限元模型的建立190
7.2.2微車(chē)車(chē)身彎曲剛度分析192
7.2.3微車(chē)車(chē)身扭轉(zhuǎn)剛度分析195
7.2.4微車(chē)車(chē)身自由模態(tài)分析197
7.3微車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)件的輕量化設(shè)計(jì)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(chē)車(chē)身動(dòng)靜態(tài)特性的靈敏度分析202
7.4微車(chē)車(chē)身模型的多目標(biāo)優(yōu)化206
7.4.1多目標(biāo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)206
7.4.2建立近似數(shù)學(xué)模型207
7.4.3多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算209
7.5微車(chē)車(chē)身碰撞性能優(yōu)化及驗(yàn)證213
7.5.1微車(chē)安全碰撞國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及工況分析213
7.5.2微車(chē)車(chē)身輕量化前后正面碰撞性能對(duì)比215
7.5.3微車(chē)耐撞性結(jié)構(gòu)優(yōu)化及輕量化性能驗(yàn)證216
參考文獻(xiàn)222
第8章面向正面碰撞的微型汽車(chē)前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)224
8.1正面碰撞車(chē)身加速度波形目標(biāo)分解225
8.1.1正面碰撞加速度的等效雙臺(tái)階梯形波225
8.1.2碰撞波形特征值對(duì)乘員損傷的影響分析228
8.1.3前縱梁設(shè)計(jì)目標(biāo)233
8.2前縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及試驗(yàn)驗(yàn)證235
8.2.1動(dòng)態(tài)落錘試驗(yàn)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(shè)計(jì)方法238
8.3正面碰撞工況下前縱梁多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(tái)車(chē)模型253
8.3.4前縱梁結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)256
參考文獻(xiàn)262