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叢書名：教育部高等學校機械類專業(yè)教學指導委員會規(guī)劃教材
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- 作者：羊玢，鄂加強 楊 敏 張袁元
- 出版時間：2019/8/1
- ISBN：9787302527985
- 出 版 社：清華大學出版社
- 中圖法分類：U462-39
- 頁碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開本：16開
《汽車CAD/CAE技術與工程應用》以國內汽車行業(yè)產(chǎn)品設計開發(fā)的技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢為背景，圍繞汽車產(chǎn)品設計開發(fā)這一主線，結合汽車產(chǎn)品的結構特點和開發(fā)模式，系統(tǒng)介紹CAD/CAE技術在汽車工程領域應用的基本原則和實施要點。
《汽車CAD/CAE技術與工程應用》強調系統(tǒng)集成應用的觀念，注重現(xiàn)代設計方法與技術手段的結合；加強與相關課程和教材的銜接，注重專業(yè)知識與CAD/CAE技術的結合；理論聯(lián)系實際，提高解決問題的能力。
前言
FOREWORD
當代汽車工業(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，而是否具有獨立自主的產(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。現(xiàn)階段，作為先進設計技術的代表，CAD/CAE技術已成為汽車企業(yè)產(chǎn)品設計開發(fā)的有效手段，以CAD/CAE為核心的技術體系成為企業(yè)核心技術的有效載體。目前，我國汽車產(chǎn)銷量均躍居世界第一，隨著行業(yè)總量的不斷提升和市場競爭的白熱化，加上知識產(chǎn)權問題的壓力，產(chǎn)品自主設計開發(fā)能力的培養(yǎng)和提升已成為汽車企業(yè)生存與發(fā)展的關鍵問題，而CAD/CAE技術的推廣應用正是解決這一問題的銳利武器。
現(xiàn)階段，CAD/CAE技術的推廣應用已受到國內汽車行業(yè)的高度重視，相關企業(yè)迫切需要掌握CAD/CAE技術的高素質人才，而國內高校汽車專業(yè)針對這方面的人才培養(yǎng)工作明顯滯后于企業(yè)需求。其中，缺乏針對性的教材成為亟待解決的問題。為了適應培養(yǎng)高素質應用型工程技術人才的需要，作者拋棄了現(xiàn)有市面有關汽車(機械)CAD或CAE書籍主要介紹一兩種軟件具體操作的弊端，將重點放在汽車零部件CAD/CAE的具體操作和學習上。作者結合了多年來在汽車CAD/CAE技術教學、科研和工程培訓實踐中的經(jīng)驗，在編寫過程中形成如下的鮮明特點：
1. 強調系統(tǒng)集成應用的觀念，注重現(xiàn)代設計方法與技術手段的結合。
汽車CAD/CAE技術正經(jīng)歷著由傳統(tǒng)單元技術向系統(tǒng)集成的重要轉變，CAD/CAE作為建模和分析的工具是建立在科學和系統(tǒng)的技術與設計方法的基礎之上的。針對車輛工程設計的特點，本書有選擇地介紹了現(xiàn)代設計方法的常用技術，并且融入設計案例之中，讀者在掌握應用工具軟件的同時，可以學習CAD建模技術、動態(tài)設計、有限元分析、系統(tǒng)動力學等設計思想，培養(yǎng)現(xiàn)代設計思維。
2. 加強與相關課程和教材的銜接，注重專業(yè)知識與CAD/CAE技術的結合。
為了加強與工程制圖汽車設計汽車理論汽車構造等課程及其教材的銜接，本書從三維設計分析軟件的教學入手，利用三維設計功能完成汽車系統(tǒng)及其零部件的結構設計、分析仿真及結構優(yōu)化。
3. 理論聯(lián)系實際，提高解決問題的能力。
本書理論聯(lián)系實際，結合設計對象，把CAD建模與系統(tǒng)分析和仿真結合起來，通過案例給出解決問題的具體思路、應用技術和方法，注重提高解決實際問題的能力。從工程應用的角度出發(fā)，帶領讀者學習相關的技能和應用方法。
針對國內汽車CAD/CAE技術日益增長的需求，本書作者在長期從事CAD/CAE領域教學和科研的基礎上，參閱了國內外數(shù)十種同類書籍和有關文獻資料，同時緊密結合現(xiàn)代設計和工程應用現(xiàn)狀，以三維實體建模、運動學和動力學仿真、有限元分析為主線，介紹了現(xiàn)代設計理論與方法。以具有代表性的CAD軟件CATIA/UG NX、有限元軟件ANSYS/NASTRAN、機械系統(tǒng)動力學仿真軟件ADAMS/RecurDyn為對象，對汽車CAD/CAE的建模理論、方法、求解及典型工程應用等進行了由淺入深的講解，力求做到汽車基礎知識和最新方法介紹兩者兼顧。全書結合實例編寫，方便讀者學習，并做到舉一反三，觸類旁通。本書可作為高校本科生教材，也可作為研究生和工程技術人員的參考書，教學時數(shù)為40學時。為適應各類不同院校、不同專業(yè)的教學需要，教師可根據(jù)各校具體情況選擇其中的部分章節(jié)，仍能保持整個教材體系結構的完整性。
在學習新技術時，邊學邊動手是更有效的方法，邊學邊做正是學習本教材的方法。為此，本教材非常強調實戰(zhàn)能力的提高，在每一章里都有一個實例，帶領讀者去學習相關的技能和應用方法。讀者只要在計算機上照著做一遍，就可以基本了解汽車CAD/CAE的功能及其方法。另外，由于汽車CAD/CAE技術發(fā)展迅猛，軟件系統(tǒng)版本更新周期很短，讀者在使用本教材時，建議注重汽車零部件建模和分析思維的訓練。本書示例所用的模型文件，讀者可通過清華大學出版社網(wǎng)站下載，也可通過Email向作者索取。書中示例中打開的文件如無特別說明，即為下載文件中的同名文件。
本書由南京工程學院羊玢和湖南大學鄂加強任主編，南京理工大學紫金學院楊敏、南京工程學院張袁元任副主編，湖南大學曹立波教授擔任主審。南京工程學院張袁元和臧立國、長沙理工大學吳剛、南京理工大學紫金學院謝繼鵬、Altair大中國區(qū)徐成斌和王琮翔參編，全書由羊玢統(tǒng)稿。
本書在編寫過程中參閱了國內外有關的書籍和資料，并得到了南京工程學院車輛工程系、Altair大中國區(qū)總部李征的大力支持，王群、苗中良、張清、周健、張維民、鄭慶乾等同學也付出了不少努力，在此一并表示感謝。
由于作者水平有限，編寫時間倉促，雖經(jīng)反復琢磨，書中錯誤和不足之處在所難免，敬請專家和廣大讀者不吝指正，也歡迎讀者來信共同探討。聯(lián)系方式： yangb123@126.com。
編者
2019年2月
羊玢，男，1974年8月生，湖南大學博士后，教授、碩士研究生導師。南京林業(yè)大學汽車與交通工程學院副院長，中國汽車工程學會會員，中國生物醫(yī)學工程學會會員，南京機械工程學會常務理事，南京機械工程學會汽車與內燃機專委會主任委員，國防工業(yè)出版社普通高等教育汽車類專業(yè)十二五規(guī)劃教材編寫委員會副主任委員，南京林業(yè)大學車輛工程研究所副所長、國家職業(yè)技能鑒定汽車修理工考評員、全國三維數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽評審專家。應邀擔任2本國際期刊編委，多本國內外期刊、會議審稿人。擔任江蘇省戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)專家委員會、江蘇省貨物招標評標委員會、中國國際招標網(wǎng)等會員或專家。擔任2015ICITBS（智能交通、大數(shù)據(jù)和智慧城市）國際會議執(zhí)行主席、International Journal of Mechanical Science、Biomed Research International、汽車技術等國內外期刊審稿人。
先后主持或參與省內外科研項目30余項，主持教研項目8項。在學術期刊和學術會議上發(fā)表論文107篇，其中第一或通訊作者SCI收錄9篇，EI或ISTP收錄10篇，CSCD收錄8篇。主編出版學術專著2部，教材4部。申請專利35項，獲授權
目錄
CONTENTS
第1章緒論
1.1汽車CAD/CAE技術概述
1.1.1汽車CAD／CAE概念
1.1.2汽車CAD/CAE集成的關鍵技術
1.1.3汽車CAD/CAE技術的應用
1.2汽車CAD／CAE技術的發(fā)展
1.2.1CAD／CAE技術發(fā)展的歷史
1.2.2CAD／CAE技術發(fā)展的趨勢
1.3汽車CAD／CAE系統(tǒng)結構
1.3.1CAD／CAE集成系統(tǒng)的特點
1.3.2CAD/CAE集成系統(tǒng)的典型體系結構
第2章CAD/CAE技術在汽車行業(yè)中的應用
2.1CAD技術在汽車行業(yè)中的應用
2.1.1CAD技術在汽車行業(yè)中的應用領域
2.1.2國外汽車行業(yè)CAD技術應用情況
2.1.3我國制造業(yè)和汽車行業(yè)CAD技術應用情況
2.1.4我國制造業(yè)和汽車企業(yè)應如何應用CAD技術
2.2CAE技術在汽車設計中的應用
2.2.1計算機輔助工程概述
2.2.2CAE技術在汽車產(chǎn)品開發(fā)中的全面引入
2.2.3CAE技術需要解決的關鍵問題
2.2.4國內汽車行業(yè)的CAE技術應用情況
2.2.5發(fā)展中的汽車CAE技術
2.3常見的汽車CAD／CAE系統(tǒng)
2.4CAD／CAE系統(tǒng)軟硬件選用原則
2.4.1CAD／CAE系統(tǒng)的硬件選用原則
2.4.2CAD／CAE系統(tǒng)的軟件選用原則
第3章汽車CAE的部分主流軟件系統(tǒng)及其應用
3.1CAE軟件及選擇
3.2ADAMS軟件及其應用
3.2.1MSC.ADAMS簡介
3.2.2基于ADAMS/Car四輪轉向汽車操縱動力學仿真
3.3ANSYS軟件及其應用
3.3.1ANSYS簡介
3.3.2基于ANSYS的白車身結構分析
3.4Nastran軟件及其應用
3.4.1MSC.Nastran簡介
3.4.2MSC.Nastran在輕型客車NVH特性研究中的應用
3.5SYSNOISE軟件及其應用
3.5.1LMS. SYSNOISE簡介
3.5.2應用SYSNOISE進行車身乘坐室聲振模態(tài)分析
3.6MATLAB/Simulink軟件及其應用
3.6.1MATLAB/Simulink簡介
3.6.2應用MATLAB/Simulink進行四輪轉向車輛的控制研究
3.7RecurDyn軟件及其應用
3.7.1RecurDyn簡介
3.7.2應用RecurDyn進行汽車發(fā)動機正時鏈系統(tǒng)仿真
3.8RADIOSS軟件及其應用
3.8.1RADIOSS簡介
3.8.2應用RADIOSS進行保險杠碰撞仿真
第4章汽車驅動橋殼CAD建模與優(yōu)化設計
4.1驅動橋殼的功用及結構形式
4.2UG NX軟件簡介
4.2.1UG產(chǎn)品的特點
4.2.2UG各功能模塊
4.3驅動橋殼建模
4.3.1橋殼本體總成建模
4.3.2橋殼半軸套筒建模
4.3.3橋殼凸緣建模
4.3.4橋殼加強環(huán)建模
4.3.5制動器支架固定板建模
4.3.6彈簧固定座建模
4.3.7橋殼蓋總成建模
4.4驅動橋殼的有限元分析
4.5結構靜力學分析
4.5.1滿載荷靜力學分析
4.5.22.5倍滿載荷靜力學分析
4.6結構模態(tài)分析
4.7優(yōu)化分析
4.7.1結構優(yōu)化設計
4.7.2參數(shù)化優(yōu)化設計
第5章汽車車輪鋼圈結構強度分析
5.1車輪鋼圈的功用及結構形式
5.2建模設計平臺簡介
5.2.1CATIA草圖設計平臺
5.2.2零件設計平臺
5.2.3創(chuàng)成式曲面造型設計平臺
5.2.4FreeStyle(自由曲面設計)平臺
5.3車輪鋼圈建模
5.3.1鋼圈本體總成建模
5.3.2梅花形分布沉頭孔建模
5.3.3梅花形分布凹槽建模
5.3.4環(huán)形下沉切割凹槽建模
5.3.5輪輻主體建模
5.4CATIA V5有限元分析的特點
5.5車輪鋼圈有限元網(wǎng)格劃分
5.6車輪鋼圈結構強度分析
第6章轎車前懸架動力學仿真及優(yōu)化設計
6.1ADAMS的設計流程
6.2前懸架設計基本思路
6.2.1設計內容及要求
6.2.2建模過程中的假設
6.2.3分析優(yōu)化的依據(jù)
6.3前懸架模型的建立
6.3.1建立汽車前懸架模型
6.3.2測試前懸架模型
6.3.3細化前懸架模型
6.3.4定制界面
6.3.5優(yōu)化前懸架模型
6.4仿真結果分析
第7章汽車雙離合自動變速器傳動機構建模與仿真
7.1雙離合器自動變速器結構及工作原理
7.2傳動機構結構及工作原理
7.3DSG傳動機構齒輪的建模
7.3.1斜齒輪傳動相關知識
7.3.2創(chuàng)建表達式
7.3.3漸開線的繪制
7.3.4齒輪模型的創(chuàng)建
7.4軸及其他零件的建模
7.5DSG傳動機構虛擬裝配
7.5.1UG裝配模塊介紹
7.5.2軸上零件裝配
7.5.3軸間裝配
7.6DSG傳動機構運動仿真分析
7.6.1建立運動分析方案
7.6.2一擋運動學仿真
7.6.3倒擋運動學仿真
第8章汽車自動變速器殼體逆向工程設計
8.1Geomagic軟件特點
8.2殼體點云數(shù)據(jù)的處理
8.2.1多邊形階段的處理過程
8.2.2粗糙多邊形的銳化
8.2.3孔的生成和整合
8.3曲面模型的創(chuàng)建
8.3.1檢測曲率
8.3.2構造曲面片
8.3.3構造格柵
8.3.4生成曲面
8.4實體模型的創(chuàng)建
第9章DSG自動變速器離合器建模與虛擬裝配
9.1DSG自動變速器基本結構和原理
9.2離合器參數(shù)化建模
9.2.1離合器K1
9.2.2離合器K2
9.2.3驅動盤
9.2.4離合器鼓
9.2.5離合器內部構件
9.3離合器虛擬裝配
9.3.1離合器各部件總裝
9.3.2虛擬裝配動畫制作
第10章基于熱應力場耦合的渦旋壓縮機動、靜渦盤有限元分析
10.1渦旋壓縮機概述
10.2渦旋壓縮機工作原理
10.3動、靜盤模型前期處理及其模型分析
10.3.1實體建模
10.3.2材料屬性
10.3.3網(wǎng)格單元
10.3.4定義分析步
10.3.5邊界條件及載荷
10.3.6提交分析作業(yè)
10.4動、靜盤有限元分析
10.4.1熱應力作用下的強度和變形結果分析
10.4.2氣體壓力作用下的強度和變形結果分析
10.4.3溫度場和氣體壓力耦合作用下的應力與變形分析
10.4.4模型優(yōu)化后的應力與變形分析
10.5總結與展望
第11章虛擬現(xiàn)實技術在自動變速器3D仿真的應用
11.1虛擬現(xiàn)實概述
11.2系統(tǒng)開發(fā)工具簡介及其作用
11.2.1三維模型建模平臺CATIA
11.2.2模型的格式轉換平臺3DVIA Composer
11.2.3三維模型的渲染以及分坐標平臺3D Max
11.2.4虛擬交互平臺Virtools
11.2.5輔助工具Photoshop CS4
11.3模型從CATIA到Virtools之間的關鍵技術
11.3.1格式問題
11.3.2模型的渲染
11.3.3分坐標
11.3.4模型導入Virtools的初步設置和對象建立
11.4虛擬裝配平臺開發(fā)
11.4.1虛擬交換環(huán)境
11.4.22D幀的設置
11.4.32D幀的BB設計
11.4.4動作BB的設置
11.4.5整體界面
11.5總結與展望
11.5.1操作BB的技巧
11.5.2模型以及界面的分組
11.5.3IC的設置
11.5.4命名技巧
11.5.5展望
第12章面部碰撞對行人頭部生物力學模型損傷影響
12.1研究背景及意義
12.2頭頸部有限元模型
12.3面部碰撞對頭部生物力學模型損傷影響
12.3.1應力波傳播路徑
12.3.2顱內生物力學參數(shù)
12.4討論
12.5總結與展望
第13章基于3D打印制造的汽車踏板設計優(yōu)化
13.1基于3D打印制造踏板的設計背景及功用
13.2Altair Inspire軟件簡介
13.2.1Altair Inspire產(chǎn)品的特點
13.2.2Altair Inspire各功能模塊及優(yōu)化流程
13.3踏板結構拓撲優(yōu)化詳細過程
13.3.1踏板模型導入與優(yōu)化空間指定
13.3.2拓撲優(yōu)化工況設定
13.3.3拓撲優(yōu)化設置并計算
13.3.4優(yōu)化結果驗證確認設計可靠性
13.3.5利用PolyNURBS擬合優(yōu)化結果建模
13.3.6利用仿真分析驗證最終設計的可靠性
參考文獻
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