（定稿）中型载货汽车车架有限元静力学分析（全套下载）㊣精品文档值得下载

．李宏雁．的设计优化理论及应用．重技术．，，．，．致谢本设计是在石美玉教授的精心指导和大力支持下完成的。

石老师为人和善，治学严谨。

在课题的选择上，石老师力求联系实际，本人所做的中型载货汽车车架分析是具有现实意义的题目。

在整个课题的完成过程中，指导老师石老师严谨的治学态度渊博的知识平易近人的性格以及勤奋的工作作风给我们留下了深刻的印象。

石老师不放过整个工作中任何的点错误，仔细讲解。

在石老师的严格要求和谆谆教诲下，我的分析问题解决问题的能力都有了显著的进步，为我走向工作岗位打下良好的基础。

在此，我对石老师表示最衷心的感谢和崇高的敬意，对汽车与交通学院的老师表示感谢。

程序还提供了拖拉延伸旋转移动延伸和拷贝实体模型图元的功能。

附加的功能还包括圆弧构造切线构造通过拖拉与旋转生成面和体线与面的自动相交运算自动倒角生成用于网格划分的硬点的建立移动拷贝和删除。

自底向上进行实体建模时，用户从最低级的图元向上构造模型，即用户首先定义关键点，然后依次是相关的线面体。

网格划分程序提供了使用便捷高质量的对模型进行网格划分的功能。

包括四种网格划分方法延伸划分映像划分自由划分和自适应划分。

延伸网格划分可将个二维网格延伸成个三维网格。

映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分，然后选择合适的单元属性和网格控制，生成映像网格。

程序的自由网格划分器功能是十分强大的，可对复杂模型直接划分，避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。

自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后，用户指示程序自动地生成有限元网格，分析估计网格的离散误差，然后重新定义网格大小，再次分析计算估计网格的离散误差，直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。

.分析计算模块分析计算模块包括结构分析可进行线性分析非线性分析和高度非线性分析流体动力学分析电磁场分析声场分析压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力.后处理模块后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示梯度显示矢量显示粒子流迹显示立体切片显示透明及半透明显示可看到结构内部等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表曲线形式显示或输出。

的主要特点在有限元分析软件中具有领先地位，主要是因为它具有下列特点唯能够实现多场及多场耦合分析功能的软件，可以进行结构热流体流动电磁等的单独研究或者它们之间相互影响的研究。

唯实现前后处理求解及多场分析统数据库的体化大型有限元分析软件。

唯具有多物理场优化功能的有限元分析软件。

有强大的非线性分析功能。

多种求解器分别适用于不同问题及不同的硬件配置。

支持从微机工作站到巨型机，以及所有平台之间的并行计算。

支持异种异构平台的网络浮动，在异种异构平台上用户界面统数据文件全部兼容。

多种自动网格划分技术。

可与大多数软件集成并有接口。

⑩良好的用户开发环境，综合应用菜单对话框工具条命令行输入，图形化输出等多种方式，使应用更加方便。

软件提供的分析类型软件提供的分析类型如下结构静力分析用来求解外载荷引起的位移应力和力。

静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。

程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性蠕变膨胀大变形大应变及接触分析。

结构动力学分析结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。

能量等价要求超单元的划分尽可能单级化并使剩余结构最小。

有限元法和模态实验法是目前常用的方法。

进行有限元分析时，模型建立的合理与否以及动力学参数是否准确的确定，都关系到计算结果的准确性。

与有限元方法不同的是，实验技术可以比较精确的分析出内燃机结构的动态特性，这就是振动模态试验分析技术。

动态测试分析仪器快速傅立叶变换以及各种计算和测量分析软件的应用，使振动模态实验技术的作用得到充分的发挥。

振动模态实验技术采用人工激励的方法使被测系统产生振动响应，通过多通道数字分析仪分析激励和响应信号，来建立系统的传递函数或脉冲响应函数，最后运用参数识别方法确定各阶的模态参数。

振动模态实验技术是参数识别理论的具体应用。

.有限元分析软件简介的发展概述软件是由美国公司研制的大型通用有限元软件。

年，有远见的博士洞悉到计算机模拟工程应该商品化的发展趋势，在宾州匹兹堡创立了公司。

公司开发的第个版本只提供线性结构分析及热分析功能，是个批处理程序，而且只能在大型机上运行。

其后，公司在中不断地加入越来越多的单元类型，考虑了非线性子结构等新技术。

世纪年代末，引入了交互式概念，大大提高了用户对程序的使用效能其前处理器和后处理器的概念，使得用户在建模与结构处理上非常方便。

在跟踪有限元学科及其应用发展的同时，也适应计算机技术的发展，能够在多种工作平台和多个操作系统上完全兼容，其并行处理技术大大提高了分析效率。

软件是融结构流体电场磁场声场分析于体的大型通用有限元分析软件。

它能与多数软件接口，实现数据的共享和交换，如等，是现代产品设计中的高级工具之。

软件主要包括三个部分前处理模块，分析计算模块和后处理模块。

前处理模块提供了个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型分析计算模块包括结构分析可进行线性分析非线性分析和高度非线性分析流体动力学分析电磁场分析声场分析压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示梯度显示矢量显示粒子流迹显示立体切片显示透明及半透明显示可看到结构内部等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表曲线形式显示或输出。

软件提供了种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。

典型的分析过程个典型的分析过程，由前处理加载求解和后处理三部分组成。

现分别加以介绍。

.前处理定义工作文件名和分析标题定义文件名定义分析标题定义单位制选择分析类型为待分析的题目选择分析类型定义单元类型单元库中有多种不同的单元类型，可以根据问题的实际选择合适的单元类型。

定义单元实常数为材料选择了单元类型后，随后应该输入与此单元类型相关的单元常数。

单元类型的实常数通过使用构成结构材料已知的应力应变特性，可以用结构中其他单元的特性确定给定节点的特性。

描述每节点特性的整组方程得出系列用矩阵符号最佳表示的代数方程，具体说，进行有限元分析，主要可分为如下步骤步骤离散结构和选择单元类型将给定的物体划分为具有相关节点的等价的有限元系统，选择适当的单元类型来最接近的模拟系统实际的物理性能。

所用的单元总数和给定物体内单元大小和类型的变化是需要工程判断的主要问题。

单元必须小到可以给出有用的结果，又必须足够大以节省计算费用。

般来说，维结构的有限单元可以为线段二维结构的优先单元为三角形四边形三维连续体的有限单元可以是四面体长方体和六面体。

各种类型的单元有着不同的优缺点。

根据实际应用，发展出了更多的单元，最典型的区分就是有无中节点。

分析人员必须要决定单元的类型数目大小和排列方式，以便能够合理有效地表示给定的物理系统。

步骤选择位移函数假设的位移函数或模型只是近似地表示了真实的位移分布。

通常假设位移函数为多项式，最简单的情况为线性多项式。

在实际应用中，没有种多项式可以与实际位移完全致。

用户所要做的就是选择多项式的阶次，以使多项式在可以承受的计算时间内达到足够的精度。

此外，还需要选择表示位移大小的参数，他们通常是节点的位移，但也有可能包括节点的位移导数。

所选择的位移函数是用单元的节点值在单元内部定义的，并且每个单元可以重复使用同个通用的位移函数。

步骤定义应变位移和应力应变关系为了推导每个有限单元的方程，需要应变位移和应力应变关系。

例如，在维变形和小应变的情况下，方面的应变ε和位移的关系如下公式ε此外，应力和应变必须通过应力应变关系通常叫做本构关系联系起来。

在获取可接受的结果时，精确定义材料行为的能力是最重要的。

最简单的应力应变定律即是胡克定律。

步骤推导单元刚度矩阵和方程单元刚度矩阵式根据最小位能原理或其他原理，由单元材料和几何性质导出的平衡方程系数构成的。

单元刚度矩阵将节点位移和节点力联系起来，物体受到的分布载荷变换为节点处的等价集中力。

刚度矩阵节点力矢量和节点位移矢量的平衡关系表示为矩阵形式为步骤组装单元方程得出总体方程并引进边界条件可以使用叠加法将步骤得到的每个单元方程组装在起得出整个结构的总体方程。

叠加法中所隐含的是连续和协调概念，要求结构保持完整，在结构任何处都不发生撕裂。

最后得到如下形式的总体矩阵方程式中整体节点力矢量总体刚度矩阵总体节点位移矢量步骤解未知自由度即是求解上面得到的矩阵方程。

步骤求解单元应变和应力对于结构应力应变分析来说，因为应力应变可以用步骤确定的位移直接表达，因此，应力为了满足工程师快捷地解决复杂工程问题的要求，许多商业化有限元分析软件都开发了和著名的软件例如和等的接口。

有些软件为了实现和软件的无缝集成而采用了的建模技术，如软件由于采用了基于内核的实体建模技术，能和以为核心的软件如实现真正无缝的双向数据交换。

更为强大的网格处理能力有限元法求解问题的基本过程主要包括分析对象的离散化有限元求解计算结果的后处理三部分。

由于结构离散后的网格质量直接影响到求解时间及求解结果的正确性与否，近年来各软件开发商都加大了其在网格处理方面的投入，使网格生成的质量和效率都有了很大的提高，但在有些方面却直没有得到改进，如对三维实体模型进行自动六面体网格划分和根据求解结果对模型进行自适应网格划分，除了个别商业软件做得较好外，大多数分析软件仍然没有此功能。

自动六面体网格划分是指对三维实体模型程序能自动的划分出六面体网格单元，现在大多数软件都能采用映射拖拉扫略等功能生成六面体单元，但这些功能都只能对简单规则模型适用，对于复杂的三维模型则只能采用自动四面体网格划分技术生成四面体单元。

对于四面体单元，如果不使用中间节点，在很多问题中将会产生不正确的结果，如果使用中间节点将会引起求解时间收敛速度等方面的系列问题，因此人们迫切的希望自动六面体网格功能的出现。

自适应性网格划分是指在现有网格基础上，根据有限元计算结果估计计算误差重新划分网格和再计算的个循环过程。

对于许多工程实际问题，在整个求解过程中，模型的些区域将会产生很大的应变，引起单元畸变，从而导致求解不能进行下去或求解结果不正确，因此必须进行网格自动重划分。

自适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展薄板成形等大应变分析的必要条件。

由求解线性问题发展到求解非线性问题随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求，许多工程问题如材料的破坏与失效裂纹扩展等仅靠线性理论根本不能解决，必须进行非线性分析求解，例如薄板成形就要求同时考虑结构的大位移大应变几何非线性和塑性材料非线性而对塑料橡胶陶瓷混凝土及岩土等材料进行分析或需考虑材料的塑性蠕变效应时则必须考虑材料非线性。

众所周知，非线性问题的求解是很复杂的，它不仅涉及到很多专门的数学问题，还必须掌握定的理论知识和求解技巧，学习起来也较为困难。

为此国外些公司花费了大量的人力和物力开发非线性求解分析软件，如等。

它们的共同特点是具有高效的非线性求解器丰富而实用的非线性材料库，还同时具有隐式和显式两种时间积分方法。

由单结构场求解发展到耦合场问题的求解有限元分析方法最早应用于航空航天领域，主要用来求解线性结构问题，实践证明这是种非常有效的数值分析方法。

而且从理论上也已经证明，只要用于离散求解对象的单元足够小，所得的解就可足够逼近于精确值。

现在用于求解结构线性问题的有限元方法和软件已经比较成熟，发