汽车专业知识 考研复试专用.pdf

本文由w o u z j p 8085贡献 p d f 文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机 查看。 本文由贡献 文档可能在端浏览 体验不佳。建议您优先选择，或下载源文件到本机 查看。 什么是 ？ ？ 是指 （噪声），（ 振动）和 （声振粗糙度），由于以上 三者在汽车等机械振动中 是同时出现且密不可分，因此常把它们放在一起进行研究。 声振粗糙度是指噪声和 振动的品质，是描述人体 对振动和噪声的主观感觉，不能直接 用客观测量方法来度 量。由于声振粗糙描述的是振动和噪声使人不舒 适的感觉，因此 有人称 为不平顺性。又因为声振粗糙度经常用来描述冲击激励产生的使人 极 不舒适的瞬态响应，因此也有人称 为冲击特性。文献 认为当汽车 通过接缝或凸包时将产 生瞬态振动（），它包括 冲击和缓冲两种感觉。系 统刚度越大，车身瞬态振动的幅值越大，冲 击越严重，同 时固有频率增加使振动衰减 变快，缓冲的效果变好。同时它还给出了利用多元回归模 型得到 的冲击和缓冲方面感 觉等级的经验公式。总的说来，声振粗糙度描述是振动 和噪声共同产生的使人感到极 度疲劳的感觉。简单地讲，乘员在汽车中的一切触觉 和听觉感受都属于汽车 特 性研究的范畴，此外， 还包括汽车零部件由于 振动引起的强度和寿命等问题。从 的观点来看，汽车是一个由激励源（发 动 机、变速器等）、振动传递器（由悬挂系 统和边接件组成）和噪声发射器（车身 ）组成的系统。汽车传动 系统 特性研究 是以汽车传动系统作为研究对象 的，是属于于汽车整车 特性研究的子系统。目前 的研究来看，汽车传动 系统 特性研究主要是研究由发动机作为一个激励源产生 的或汽车处于某种 工 况下的传动系统 特性。国外对动力传动系振动特性的研究 起步较早， 国外先进的汽车厂家从 年代 以来已经将汽车结构的动态特性纳入产品 开发 的常规内容。 尤其是 世纪 年代以来， （） 丰田 、 通用（） 、福特（）、克莱斯勒（）等大汽车 公司的工程研究中心专门设立了 分部， 集中处理汽车的噪声 （ ） 振动 、 （） 和来自路面接触冲 击的噪声声振粗糙 度 （） 。 汽车公司建立高性能的计算机辅助工程分析 系统 ， 其专业 队伍与产品开发同步地广泛开展 应用， 在指导设 计、提高 质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。 应 用于车身开发 上 成熟的方面主要有：刚度、强度（应用于整车、大小总成与零部件 分析，以实现轻 量化设计） 、 分析 （各种振动、噪声，包括摩擦噪声、 风噪声等） 、机构运动 分析等；而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成 型模拟分 析、疲劳分析和空气动力学 分析的精度有进一步提高，已投入实际使用，完全可以用 于定性分析 和改进设计，大 大减少了这些费用高、周期长的试验次数；虚拟试车场 整车分析正在着手研究，此外 还有 焊装模拟分析、喷涂模拟分析等。 汽 车 工程分析 一、刚度和强度分析 有限元法在机械结构强度和刚度分析方面因具有较高 的计算精度而到普遍采用， 特别是在材料应力应 变的线性范围内更是如此。另外 ，当考虑机械应力与热应力的 偶合时，像 、 等大型软 件都提供了极为方便的分析手段。 （）车架和车身的强度和刚度分析： 车架和车身是汽车中结构和受力都较复杂 的部件，对于全承载式的客 车车身更是如 此。车架和车身有限元分析的目的在于提高 其承载能力和抗变形能力、减轻其自身重 量并节 省材料。另外，就整个汽车而言，当 车架和车身重量减轻后，整车重量也随 之降低，从而改善整车的动力 性和经济性等性 能。 （）齿轮的弯曲应 力和接触应力分析：齿轮是汽车发动机和传动系中普遍采用 的传动零件。通过对齿轮 齿 根弯曲应力和齿面接触应力的分析，优化齿轮结构参数， 提高齿轮的承载载力和 使用寿命。 （）发动机零件的应力分析：以发动机的缸盖为例，其工作工 程中不仅受到气 缸内高压气体的作用，还会 产生复杂的热应力。缸盖开裂事件时有 发生。如果仅采用 在开裂处局部加强的办法加以改进，无法从根本 上解决问题。有 p a g e 1 限元法提供了解决这 一问题的根本途径。 二、 分析 近年来，随着人们环保意识的增强，对汽车提出了更高要求。为此，国际汽车界 制定 标准，即噪 音（）、振动（）、平 稳（）三项标准，通 俗称为乘坐轿车的“舒适感”。 对 标准的一项试验表明，用顾客较喜欢的轿车作试验，在用水泥铺得较平 坦的公路上，轿车以时 速 公里的速度行驶， 如将欧洲产轿车的 以 作 标准， 日本轿车则为 ， 韩国轿车为 。 欧洲 轿车悬架技术较高，所以乘坐舒 适，日本轿车设计时将人体工程学考虑在内，对提高 乘坐舒适感有很 大帮助。 三、机构运动分析 机构运动分析就是根据原动件的已知运动规律，求该机构 其他构件上某些点的位 移、轨迹、速度和加 速度，以及这些构件的角位移、角速度 和角加速度。通过对机构 进行位移或轨迹的分析，可以确定某机构 件在运动时所需 得空间，判断当机构运动时 各构件之间是否会互相干涉，确定机构中从动件的行程， 考察 构件上某一点能否实现 预定的位置或轨迹要求。通过对机构进行速度分析，可 以了解从动件的速度变化规 律 能否满足工作要求，了解机构的受力情况。通过对机 构进行加速度分析，可以确定各 构件及构件上某些 点的加速度，了解机构加速度的 变化规律。机构运动分析的方法很 多，主要有图解法和解析法。 四、车辆 碰撞模拟分析 汽车作为现代化交通工具，在给人们的生活带来便利与乐趣的 同时，也因其引起 的交通事故给人类的 生命和财产带来极大的威胁和伤害。因此， 汽车的安全性是汽车 厂商、消费者、政府部门高度关注的问题。 汽车的安全性可划 分为主动安全性和被动 安全性。主动安全性是指汽车能够识别潜在的危险自动减速， 或 当突发的因素出现时 ，能够在驾驶员的操纵下避免发生交通事故的性能；被动安 全性是指汽车发生不可避 免的交通事故后，能够对车内乘员或行人进行保护，以免 发生伤害或使伤害降低到最 小程度。交通事故原 因的统计分析表明，以预防事故发 生的主动安全性只能避免 的事故，因此提高汽车被动安全性日趋重 要。 五、金属板冲压成型模拟分析 由于冲压成型材料利用率高 ，产品质量稳定，易于实现自动化生产，故这一工艺 方法在汽车生产中得 到广泛应 用。在传统的冲压生产过程中，无论是冲压工序的制定 、工艺参数的选取，还是冲压 模具的设计、 制造，都要经过多次修改才能确定。这种 反复的调试过程造成企业人 力、物力和财力的大量消耗，导致生 产成本高，生产周期 难以保证。 冲 压成型过程数值模拟技术的出现为改变这种传统模式提供了强有力的工具。通 过对冲 压过程模拟分 析得到最佳模具结构和工艺条件，并能通过对板材冲压过程数值 模拟 ，在计算机上观察到模具结构、冲压 工艺条件（如压边力、冲压方向、摩擦润滑 等 ）和材料性能参数（如皱曲、破裂）的影响，还可以提供最 佳钣料形状、合理的压 料面形状、最佳冲压方向、以及分析卸载和切边后的回弹量，并补偿模具尺寸以得 到 尺寸和形状精度良好的冲压件。该技术使试模时间大大缩短，从而减少制模成本。 六、疲劳分析 传统的疲劳 技术由许多经验公式组成。这些经验公式根据一些理论框架，从材料 、零件或结构的 疲劳 试验数据中拟合而成。验证产品的疲劳性能一般需要进行疲劳试 验。疲劳分析 依赖于准确的试验数据，同 时也需要得到试验验证。过去，常规设计定 型样机疲劳 试验需要几年甚至更多时间来发现设计失误、修改 设计。现代疲劳寿命设 计技术是 以电子技术（数字信息）和计算机技术（数字仿真）结合进入机械设计领 域 ，将机 械强度寿命由定性设计提高到定量设计。它立足于随机、动态，整个受载过程 的每一 p a g e 2 实时信号都 参与设计，而不仅仅是一个最大值。现代疲劳试验技术只需在计算 机上 用仿真技术，用载荷谱模拟和加载， 预测寿命和反馈优化。这可把试验时间压缩 到 原来的十分之一、百分之一，大大降低了开发成本，缩短了 开发周期。 根 据疲劳理论，疲劳破坏主要由循环载荷引起。从理论上说，如果汽车的输入载 荷相同 ，那么所引起 的疲劳破坏也应该一样。因此，可以在试车场上按一定的比例混 合各种路面及各种事件（如开门、关门、 刹车等） ，重现这一载荷输入。这 一载荷 重现通常可能在较短的时间里完成，因此，可以达到试验加速的目 的。 七、空气动力学分析 汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识，研究汽车行驶时，即与空气产生相 对运 动时，汽车周围 的空气流动情况和空气对汽车的作用力（称为空气动力） ，以 及 汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力 的影响。此外，空气对汽车的作用还表 现在汽车发动机的冷却、车厢里的通风换气、车身外表面的清洁、 气流噪声、车身 表 面覆盖件的振动、甚至刮水器的性能等方面的影响。 为了减少空气阻力 系数，现代轿车的外形一般用园滑流畅的曲线去消隐车身上的 转折线。前围与侧围、 前围、侧围与发动机罩，后围与侧围等地方均采用园滑过渡， 发动机罩向前下倾， 车尾后箱盖短而高翘， 后冀子板向后收缩，挡风玻璃采用大曲面 玻璃，且与车顶园 滑过渡，前风窗与水平面的夹角一般在 度 度之间，侧窗 与车身相 平，前后灯具、门手把嵌入车体内，车身表面尽量光洁平滑，车底用平整的 盖 板盖 住，降低整车高度等等，这些措施有助于减少空气阻力系数。 八、虚拟试车场整车分析 技术的飞速发展、软硬件功能的大幅度提高使得整车系统仿真已经成为可能 。美国 工程技术合作 公司 （） 软件平台上二次 开发推出的虚拟 试验场技术 在 （ ， ）就是一个对整车系统性能全面仿真 实用软件的代表。 技术是 汽车 技术领域中一个很有代 表性的进展。 是在 软件平台上二次开发推出的，以整车系统为分析对象 ，考 虑系统各类非 线性，以标准路面和车速为负荷，对整车系统同时进行结构疲劳、 权 频率振动噪声分析和数据处理、以及 碰撞历程仿真， 达到在产品设计前期即可得 到样车道路实验结果的“整车性能预测”效果的计算机仿真技术。 九、焊装模拟分析 机器人在车身焊装 工位上的大量应用提高了车身的焊接质量，缩短了生产加工时 间。但如何能够快速 而准确地完成全部焊点的加工，即如何规划机器人焊接路径问题 ，是目前汽车制造企 业迫切需要解决的问 题。 传统的机器人焊接路径规划方法是根据设计人员 提供的工位上的焊点数量和焊接 顺序，由工艺人员根 据经验或类似工艺离线编制机 器人加工程序，设计加工工艺。所 编写的程序输入到相应设备中，在实验室 里预操 作，记录下每次偏差位置，重新编程 、设计直至满足生产要求。这不仅耗时、费力， 同时对于多机 器人加工的碰撞问题无 法解决。一旦涉及多机器人协同加工，则往往 在实验室中采用步进式逼近方法配合 专 家经验加以解决，以免发生碰撞，损坏设备 。 为此，现代车身焊装模拟分析结合虚拟制造技术，在仿真环境下，运用相 应的优 化算法对车身焊装工 位的机器人加工路径进行离线规划，并通过仿真加工进 行验证， 从而达到指导实际生产的目的。虚拟制造 的基础是采用计算机支持的技术 ，应用数字 建模和仿真技术、虚拟现实技术等来模拟生产、加工和装配等 过程，在 计算机上将产 品“制造”出来，实现将工艺过程转为数字化操作，再由数字化操作指 导实际生产。 通过建立生产加工的仿真模型研究制造活动，使用户在设计阶段能够 了解产品未来制 造过程，实现对生产 系统性能有效的预测与评价。在仿真环境下的 试运行，有利于进 行多工艺方案比较，更有利于多机器人焊 接轨迹的选取 与优化。 软件是融结构 、 流体 、 电场 、 磁场 、 声场分析于一体的大型通用 有限元分 软件是融结构、 流体、 磁场、 析软件 。 析软件 。由世界上最大的有限 元分析软件公司之一的美国 开发 p a g e 3 ，它能与多数 软件接口 ， 实现数据的 共享和交换 ， 如 ， ， ， 实现数据的共享 和交换， 是 现代产品设计中的高级 工具之一。 ， 等 ， 是现代产品设计 中的 高级 工具之一 。 的技术 种类有很多，其中包括有限元法（，即 ）， 边界元法（，即 ），有限差法（，即 ）等。 每一种方法各有其应用的领域，而其中有 限元法应用的领域越 来越广，现已应用于 结构力学、结构动力学、热力学、流体力学 、电路学、电磁学等。 有 限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序 ，可以用来求解 结构、流体、 电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业 领域： 航空航 天、汽车工 业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机 电系统、运动器 械等。 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 供了一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。该软件 有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机 的 多种计算机设备上，如 ， ， 等。 发布 新版本 美国宾夕法尼亚州 月 日消息： 作为优化产品研发流程的仿真技术 及软件的开 发者和革新者， 公司（纳斯达克股票代号：）今天发布 新 版本。新版本在性能、易用性、协同工作及耦合技术，如流固耦合，等方面 有很大 提高。 新版本是在目前的 软件的基础上研发的，与其有很好的 兼容 性，将于 月正式投入市场。 延续了 一贯强大的耦合场技 术， 版本为 复杂的流固耦合（）问 题提供了更完善的解决方案。 该版本整合了世界一流的应 力分析和流体分析技术，形 成了一套完整的 解决方案。通过适合于特定场要求 的网格划分，一个单一的几何 体可以应用于两种 场。该版本提供了有效地解决 动力学分析的信息交换功能。目 前市场上 没有任何其他的 软件可以提供如此强 大的稳健性和高度的精确性分析。 另外，该版本可以在多个机群进行并行处理解决超 大模型。 “ 代表了最先进的 整合技术， 有了显着的提高” ， 较 公司总裁兼首席执行官 说，“我 们一直致力于拓展 仿真 技术的 广度和深度，同时建立各种类型的仿 真分析软件的空前大连盟。得益于 整合 技术的架构，我们创建了建模、仿真、分析、前后处理的一系 列无缝链接。 新版本整合了世界上最优秀的结构、热、流体等分析功能。” 加入了旋转机械和叶片设计工具， 丰富了 环境 下的行业 化功 能。即 ，一款针对旋转机 械叶片构件的高效的三维设计工 具； 以及 ，一 款高质量的叶片设计六面体网格划分工具。 “结合了 和涡 轮专用的前后处理 功能， 版本提供了涡轮机 械设计和分析 完整的解决方案，” 公司副总裁兼总经理 说 ，“应力 分析、计算 流体动力学分析或流固耦合分析的模型可以直接建立，通过 系统连 通性， 可以 把模型扩展到上下游部件， 最终完成整个模型的分 析。 是提供此 功能上独一无二的环境，借此空 气动力学工程师可以进行 设计，同时 确认结构 特征。这将大幅度缩短设 计流程。” 在机械应用领域， 包括了 p a g e 4 下全部的热瞬态分析 功能。这不仅帮助用户进行非常复杂的时域 仿真，同 时 也可自动 完成很多建模和求解工 作。这样可以轻松快速地求解 设备在一定运行时间内的热性 能。 为了满足日益增 加的对大型复杂问题及时有效的 分析需求， 的并行 求解器 如今可增加了对 和通信技术的选择余地。 除了支持 和 ， 还支持 和 。 相对于以前的架构， 能以最少的成本满足高性能的机群计算。 本着以低成本硬件设备提供高性 能解决方案的目标， 现可支 持 位机的 和 芯片集。此项改革解决了许多 用户在 操作系统下运行大型模型所面临的 内存限制。 另外， 它也使得 用户不 再需要写硬盘就能完成整个求解，从而节 约求解时间。 对于用户，这将帮助他们更加 经济有效地解决大型模型问题，如那些 低频稳态和 全瞬态电磁分析问题。 并行求解器可以解决高 于一亿自由度的大型电磁 问题，在 行业独树一帜。 在 高频电磁领域， 版本提供了一个新的模式端口。此端口大大简化了集 成电 路（ ）、射频识别（）和射频微机电系统（）等多种设 备分析传输线端口的 建模。 标准算例显示，利用此端口建模，可以显着缩小模型尺 寸，在保证精确的频域 计算结 果前提下，节约 到 的求解时间和内 存需求。 新版本增加了旋转机械的陀螺 效应，它提高了 对涡轮机械 和其他旋转结 构的转子动力学分析的能力。 在耦 合场领域，结构热电磁三场 耦合分析中增加 热弹阻尼（），一个在金属、制陶 及 领域非常 重要的内耗装置。 继续 主旋律， 提供我们 的用 户可供选择的全自动或个人控制 的强大分析软件。 我们在核心的网格处理技 术上有 十足的增强， 在 各个应用程 序间共享网格。另外，双向参数互动的 接口的稳健性也得到了 提高。 1本文由a r t h a r s d a d a 贡献 d o c 文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机 查看。 什么是 NVH？ ？ NVH 是指 No i s e (噪声),Vi b r a t i o n (振动)和 Ha r s h n e s s (声振粗糙度),由于以上 三者在汽车等机械振动中 是同时出现且密不可分,因此常把它们放在一起进行研究。 声振粗糙度是指噪声和振动的品质，是描述人体 对振动和噪声的主观感觉，不能直接 用客观测量方法来度量。由于声振粗糙描述的是振动和噪声使人不舒 适的感觉，因此 有人称 Ha r s h n e s s 为不平顺性。又因为声振粗糙度经常用来描述冲击激励产生的使人 极 不舒适的瞬态响应，因此也有人称 Ha r s h n e s s 为冲击特性。文献12认为当汽车 通过接缝或凸包时将产 生瞬态振动（Ha r s h n e s s ），它包括冲击和缓冲两种感觉。系 统刚度越大，车身瞬态振动的幅值越大，冲 击越严重，同时固有频率增加使振动衰减 变快，缓冲的效果变好。同时它还给出了利用多元回归模型得到 的冲击和缓冲方面感 觉等级的经验公式。总的说来，声振粗糙度描述是振动和噪声共同产生的使人感到极 度疲劳的感觉。简单地讲，乘员在汽车中的一切触觉和听觉感受都属于汽车 NVH 特 性研究的范畴，此外， 还包括汽车零部件由于振动引起的强度和寿命等问题。从 NV H 的观点来看，汽车是一个由激励源（发动 机、变速器等）、振动传递器（由悬挂系 统和边接件组成）和噪声发射器（车身）组成的系统。汽车传动 系统 NVH 特性研究 是以汽车传动系统作为研究对象的，是属于于汽车整车 NVH 特性研究的子系统。目前 的研究来看，汽车传动系统 NVH 特性研究主要是研究由发动机作为一个激励源产生 的或汽车处于某种工 况下的传动系统 NVH 特性。国外对动力传动系振动特性的研究 起步较早，国外先进的汽车厂家从 80 年代 以来已经将汽车结构的动态特性纳入产品 开发的常规内容。 尤其是 20 世纪 90 年代以来， （To y o t a ） 丰田 、 通用（GM） 、福特(Fo r d )、克莱斯勒（Ch r y s l e r ）等大汽车公司的工程研究中心专门设立了 NVH 分部， 集中处理汽车的噪声 （No i s e ） 振动 、 （Vi b r a t i o n ） 和来自路面接触冲 p a g e 5 击的噪声声振粗糙度 （Ha r s h n e s s ） 。 汽车公司建立高性能的计算机辅助工程分析 系统， 其专业 CAE 队伍与产品开发同步地广泛开展 CAE 应用， 在指导设计、提高 质量、降低开发成本和缩短开发周期上发挥着日益显著的作用。CAE 应用于车身开发 上 成熟的方面主要有：刚度、强度（应用于整车、大小总成与零部件分析，以实现轻 量化设计） 、NVH 分析 （各种振动、噪声，包括摩擦噪声、风噪声等） 、机构运动 分析等；而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成 型模拟分析、疲劳分析和空气动力学 分析的精度有进一步提高，已投入实际使用，完全可以用于定性分析 和改进设计，大 大减少了这些费用高、周期长的试验次数；虚拟试车场整车分析正在着手研究，此外 还有 焊装模拟分析、喷涂模拟分析等。 汽车 CAE 工程分析 a t t a c h 100241/a t t a c h 一、刚度和强度分析 有限元法在机械结构强度和刚度分析方面因具有较高的计算精度而到普遍采用， 特别是在材料应力-应 变的线性范围内更是如此。另外，当考虑机械应力与热应力的 偶合时，像 ANSYS、NASTRAN 等大型软 件都提供了极为方便的分析手段。 （1）车架和车身的强度和刚度分析：车架和车身是汽车中结构和受力都较复杂 的部件，对于全承载式的客 车车身更是如此。车架和车身有限元分析的目的在于提高 其承载能力和抗变形能力、减轻其自身重量并节 省材料。另外，就整个汽车而言，当 车架和车身重量减轻后，整车重量也随之降低，从而改善整车的动力 性和经济性等性 能。 （2）齿轮的弯曲应力和接触应力分析：齿轮是汽车发动机和传动系中普遍采用 的传动零件。通过对齿轮齿 根弯曲应力和齿面接触应力的分析，优化齿轮结构参数， 提高齿轮的承载载力和使用寿命。 （3）发动机零件的应力分析：以发动机的缸盖为例，其工作工程中不仅受到气 缸内高压气体的作用，还会 产生复杂的热应力。缸盖开裂事件时有发生。如果仅采用 在开裂处局部加强的办法加以改进，无法从根本 上解决问题。有限元法提供了解决这 一问题的根本途径。 a t t a c h 100242/a t t a c h a t t a c h 100243/a t t a c h a t t a c h 1 00244/a t t a c h a t t a c h 100245/ a t t a c h a t t a c h 100246/a t t a c h 二、NVH 分析 近年来，随着人们环保意识的增强，对汽车提出了更高要求。为此，国际汽车界 制定 NVH 标准，即噪 音(No i s e )、振动(Vi b r a t i o n )、平稳(Ha r s h n e s s )三项标准，通 俗称为乘坐轿车的“舒适感”。 对 NVH 标准的一项试验表明，用顾客较喜欢的轿车作试验，在用水泥铺得较平 坦的公路上，轿车以时 速 40 公里的速度行驶， 如将欧洲产轿车的 NVH 以 100%作 标准， 日本轿车则为 75%， 韩国轿车为 50%。 欧洲轿车悬架技术较高，所以乘坐舒 适，日本轿车设计时将人体工程学考虑在内，对提高乘坐舒适感有很 大帮助。 a t t a c h 100247/a t t a c h 三、机构运动分析 机构运动分析就是根据原动件的已知运动规律，求该机构其他构件上某些点的位 移、轨迹、速度和加 速度，以及这些构件的角位移、角速度和角加速度。通过对机构 进行位移或轨迹的分析，可以确定某机构 件在运动时所需得空间，判断当机构运动时 各构件之间是否会互相干涉，确定机构中从动件的行程，考察 构件上某一点能否实现 预定的位置或轨迹要求。通过对机构进行速度分析，可以了解从动件的速度变化规 律 能否满足工作要求，了解机构的受力情况。通过对机构进行加速度分析，可以确定各 构件及构件上某些 点的加速度，了解机构加速度的变化规律。机构运动分析的方法很 多，主要有图解法和解析法。 四、车辆碰撞模拟分析 汽车作为现代化交通工具，在给人们的生活带来便利与乐趣的同时，也因其引起 的交通事故给人类的 生命和财产带来极大的威胁和伤害。因此，汽车的安全性是汽车 厂商、消费者、政府部门高度关注的问题。 汽车的安全性可划分为主动安全性和被动 安全性。主动安全性是指汽车能够识别潜在的危险自动减速，或 当突发的因素出现时 ，能够在驾驶员的操纵下避免发生交通事故的性能；被动安全性是指汽车发生不可避 免的交通事故后，能够对车内乘员或行人进行保护，以免发生伤害或使伤害降低到最 小程度。交通事故原 因的统计分析表明，以预防事故发生的主动安全性只能避免 5 p a g e 6 的事故，因此提高汽车被动安全性日趋重 要。 a t t a c h 100248/a t t a c h a t t a c h 1 00249/a t t a c h a t t a c h 100250/a t t a c h a t t a c h 100251/ a t t a c h a t t a c h 100252/a t t a c h 五、金属板冲压成型模拟分析 由于冲压成型材料利用率高，产品质量稳定，易于实现自动化生产，故这一工艺 方法在汽车生产中得 到广泛应用。在传统的冲压生产过程中，无论是冲压工序的制定 、工艺参数的选取，还是冲压模具的设计、 制造，都要经过多次修改才能确定。这种 反复的调试过程造成企业人力、物力和财力的大量消耗，导致生 产成本高，生产周期 难以保证。 冲压成型过程数值模拟技术的出现为改变这种传统模式提供了强有力的工具。通 过对冲压过程模拟分 析得到最佳模具结构和工艺条件，并能通过对板材冲压过程数值 模拟，在计算机上观察到模具结构、冲压 工艺条件（如压边力、冲压方向、摩擦润滑 等）和材料性能参数（如皱曲、破裂）的影响，还可以提供最 佳钣料形状、合理的压 料面形状、最佳冲压方向、以及分析卸载和切边后的回弹量，并补偿模具尺寸以得 到 尺寸和形状精度良好的冲压件。该技术使试模时间大大缩短，从而减少制模成本。 a t t a c h 100253/a t t a c h a t t a c h 100254/a t t a c h a t t a c h 100255/a t t a c h a t t a c h 100256/ a t t a c h 六、疲劳分析 传统的疲劳技术由许多经验公式组成。这些经验公式根据一些理论框架，从材料 、零件或结构的疲劳 试验数据中拟合而成。验证产品的疲劳性能一般需要进行疲劳试 验。疲劳分析依赖于准确的试验数据，同 时也需要得到试验验证。过去，常规设计定 型样机疲劳试验需要几年甚至更多时间来发现设计失误、修改 设计。现代疲劳寿命设 计技术是以电子技术（数字信息）和计算机技术（数字仿真）结合进入机械设计领 域 ，将机械强度寿命由定性设计提高到定量设计。它立足于随机、动态，整个受载过程 的每一实时信号都 参与设计，而不仅仅是一个最大值。现代疲劳试验技术只需在计算 机上用仿真技术，用载荷谱模拟和加载， 预测寿命和反馈优化。这可把试验时间压缩 到原来的十分之一、百分之一，大大降低了开发成本，缩短了 开发周期。 根据疲劳理论，疲劳破坏主要由循环载荷引起。从理论上说，如果汽车的输入载 荷相同，那么所引起 的疲劳破坏也应该一样。因此，可以在试车场上按一定的比例混 合各种路面及各种事件（如开门、关门、 刹车等） ，重现这一载荷输入。这一载荷 重现通常可能在较短的时间里完成，因此，可以达到试验加速的目 的。 a t t a c h 10 0258/a t t a c h 七、空气动力学分析 汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识，研究汽车行驶时，即与空气产生相 对运动时，汽车周围 的空气流动情况和空气对汽车的作用力（称为空气动力） ，以 及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力 的影响。此外，空气对汽车的作用还表 现在汽车发动机的冷却、车厢里的通风换气、车身外表面的清洁、 气流噪声、车身表 面覆盖件的振动、甚至刮水器的性能等方面的影响。 为了减少空气阻力系数，现代轿车的外形一般用园滑流畅的曲线去消隐车身上的 转折线。前围与侧围、 前围、侧围与发动机罩，后围与侧围等地方均采用园滑过渡， 发动机罩向前下倾，车尾后箱盖短而高翘， 后冀子板向后收缩，挡风玻璃采用大曲面 玻璃，且与车顶园滑过渡，前风窗与水平面的夹角一般在 25 度 33 度之间，侧窗 与车身相平，前后灯具、门手把嵌入车体内，车身表面尽量光洁平滑，车底用平整的 盖 板盖住，降低整车高度等等，这些措施有助于减少空气阻力系数。 a t t a c h 1002 57/a t t a c h 八、虚拟试车场整车分析 CAE 技术的飞速发展、软硬件功能的大幅度提高使得整车系统仿真已经成为可能 。美国工程技术合作 公司 （ETA） ANSYS/LS-DYAN 软件平台上二次开发推出的虚拟 试验场技术 在 （v i r t u a l p r o v i n g g r o u n d , VPG）就是一个对整车系统性能全面仿真 实用软件的代表。VPG 技术是汽车 CAE 技术领域中一个很有代 表性的进展。 VPG 是在 NASYS/LS-DYAN 软件平台上二次开发推出的，以整车系统为分析对象 ，考虑系统各类非 线性，以标准路面和车速为负荷，对整车系统同时进行结构疲劳、 权频率振动噪声分析和数据处理、以及 碰撞历程仿真， 达到在产品设计前期即可得 到样车道路实验结果的“整车性能预测”效果的计算机仿真技术。 a t t a c h 100260 /a t t a c h a t t a c h 100261/a t t a c h a t t a c h 100262/a t t a c h a t t a c h 100263/ a t t p a g e 7 a c h 九、焊装模拟分析 机器人在车身焊装工位上的大量应用提高了车身的焊接质量，缩短了生产加工时 间。但如何能够快速 而准确地完成全部焊点的加工，即如何规划机器人焊接路径问题 ，是目前汽车制造企业迫切需要解决的问 题。 传统的机器人焊接路径规划方法是根据设计人员提供的工位上的焊点数量和焊接 顺序，由工艺人员根 据经验或类似工艺离线编制机器人加工程序，设计加工工艺。所 编写的程序输入到相应设备中，在实验室 里预操作，记录下每次偏差位置，重新编程 、设计直至满足生产要求。这不仅耗时、费力，同时对于多机 器人加工的碰撞问题无 法解决。一旦涉及多机器人协同加工，则往往在实验室中采用步进式逼近方法配合 专 家经验加以解决，以免发生碰撞，损坏设备。 为此，现代车身焊装模拟分析结合虚拟制造技术，在仿真环境下，运用相应的优 化算法对车身焊装工 位的机器人加工路径进行离线规划，并通过仿真加工进行验证， 从而达到指导实际生产的目的。虚拟制造 的基础是采用计算机支持的技术，应用数字 建模和仿真技术、虚拟现实技术等来模拟生产、加工和装配等 过程，在计算机上将产 品“制造”出来，实现将工艺过程转为数字化操作，再由数字化操作指导实际生产。 通过建立生产加工的仿真模型研究制造活动，使用户在设计阶段能够了解产品未来制 造过程，实现对生产 系统性能有效的预测与评价。在仿真环境下的试运行，有利于进 行多工艺方案比较，更有利于多机器人焊 接轨迹的选取与优化。 ANSYS 软件是融结构 、 流体 、 电场 、 磁场 、 声场分析于一体的大型通用 有限元分 软件是融结构、 流体、 磁场、 析软件。 析软件 。由世界上最大的有限 元分析软件公司之一的美国 ANSYS 开发 ，它能与多数 CAD 软件接口 ， 实现数据的 共享和交换 ， 如 Pr o /En g i n e e r , NASTRAN, Al o g o r , I 实现数据的共享和交换， 是 现代产品设计中的高级 工具之一。 DEAS, Au t o CAD 等 ， 是现代产品设计 中的 高级 CAD 工具之一 。 CAE 的技术种类有很多，其中包括有限元法(FEM,即 Fi n i t e El e m e n t Me t h o d ), 边界元法(BEM,即 Bo u n d a r y El e m e n t Me t h o d )，有限差法(FDM,即 Fi n i t e Di f f e r e n c e El e m e n t Me t h o d )等。每一种方法各有其应用的领域，而其中有 限元法应用的领域越 来越广，现已应用于结构力学、结构动力学、热力学、流体力学 、电路学、电磁学等。 ANSYS 有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序 ，可以用来求解 结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此它可应用于以下工业 领域： 航空航 天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机 电系统、运动器 械等。 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。 前处理模块提供了一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 100 种以上的单元类型，用来模 拟工程中的各种结构和材料。该软件 有多种不同版本，可以运行在从个人机到大型机 的多种计算机设备上，如 PC，SGI， HP，SUN，DEC，IBM，CRAY 等。 ANSYS 发布 1 0.0 新版本 美国宾夕法尼亚州 6 月 2 日消息： 作为优化产品研发流程的仿真技术 及软件的开 发者和革新者，ANSYS 公司（纳斯达克股票代号：ANSS）今天发布 ANSY S 10.0 新版本。新版本在性能、易用性、协同工作及耦合技术，如流固耦合，等方面 有很大 提高。10.0 新版本是在目前的 9.0 软件的基础上研发的，与其有很好的兼容 性，将于 7 月正式投入市场。 延续了 ANSYS 一贯强大的耦合场技术，10.0 版本为 复杂的流固耦合（FSI）问 题提供了更完善的解决方案。该版本整合了世界一流的应 力分析和流体分析技术，形 成了一套完整的 FSI 解决方案。通过适合于特定场要求 的网格划分，一个单一的几何 体可以应用于两种场。该版本提供了有效地解决 FSI 动力学分析的信息交换功能。目 前市场上没有任何其他的 FSI 软件可以提供如此强 大的稳健性和高度的精确性分析。 另外，该版本可以在多个机群进行并行处理解决超 p a g e 8 大模型。 “ANSYS 10.0 代表了最先进的 CAE 整合技术， 9.0 有了显着的提高” ， 较 ANSYS 公司总裁兼首席执行官 Ji m Ca s h m a n 说，“我们一直致力于拓展 ANSYS 仿真 技术的 广度和深度，同时建立各种类型的仿真分