有限元基础及在汽车中的应用 课件 第九章 有限元法在汽车中的典型应用案例

有限元法基础及在汽车中的应用第9章有限元法在汽车中的典型应用案例9.1汽车制动踏板的静强度有限元分析9.2汽车手动制动扳手的静强度有限元分析9.3卡车底盘钢架结构模态有限元分析目

录CONTENTS9.4卡车车身模态有限元分析9.5砖块与电动汽车的碰撞的有限元分析9.6螺栓与电动汽车碰撞的有限元分析9.7汽车风洞实验的有限元分析9.8汽车车身流线型的有限元分析123汽车典型零部件的静强度有限元分析汽车典型零部件的冲击碰撞的有限元分析内容导航图汽车典型零部件的振动的有限元分析4汽车外流场的有限元分析123掌握汽车典型零部件的静强度有限元分析的计算思路及ANSYS操作步骤。掌握汽车典型零部件的振动的有限元分析的计算思路及ANSYS操作步骤。学习目标掌握汽车典型零部件的冲击碰撞的有限元分析的计算思路及ANSYS操作步骤。4掌握汽车外流场的有限元分析的计算思路及ANSYS操作步骤。9.1汽车制动踏板的静强度有限元分析9.1.1问题描述汽车制动踏板的结构及受力简图如图9-1所示，已知：材料的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，试分析该汽车制动踏板在承受500N的力的作用下的等效应力分布。9.1.2理论分析与讨论9.1.3ANSYS操作流程（1）定义分析文件名（2）定义单元类型（3）定义参数（4）定义材料属性（5）建立有限元模型1）建立几何模型2）划分单元（6）施加约束（7）施加载荷（8）存盘（9）求解（10）显示等效应力分布云图9.1.4分析小结9.2汽车手动制动扳手的静强度有限元分析9.2.1问题描述汽车手动制动扳手的结构及受力简图如图9-18所示，已知：材料的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，试分析该手动制动扳手在承受250N的力的作用下的等效应力分布。9.2.2理论分析与讨论9.2.3ANSYS操作流程（1）定义分析文件名（2）定义单元类型（3）定义参数（4）定义材料属性（5）建立有限元模型1）建立几何模型2）划分单元（6）施加约束（7）施加载荷（8）存盘（9）求解（10）显示等效应力分布云图9.2.4分析小结9.3卡车底盘钢架结构模态有限元分析9.3.1问题描述卡车底盘钢架结构如图9-24所示，已知：材料的弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，密度为7800Kg/m3，试分析该卡车底盘钢架结构的前20阶的模态。9.3.2理论分析与讨论9.3.3ANSYS操作流程（1）定义分析文件名（2）定义参数（3）定义单元类型和截面参数1）定义单元类型2）定义单元截面参数（4）定义材料属性（5）建立有限元模型1）建立几何模型2）划分单元

（6）施加约束（7）存盘（8）求解（9）列表20阶频率（10）显示20阶振型图9.3.4分析小结9.4卡车车身模态有限元分析9.4.1问题描述卡车车身结构如图9-39所示，已知：车身钢板材料参数为：弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，密度为7800Kg/m3；玻璃的材料参数为：弹性模量为85GPa，泊松比为0.22，密度为2500Kg/m3；试分析该卡车车身在没有玻璃和有玻璃两种情况下的前20阶的模态。9.4.2理论分析与讨论9.4.3ANSYS操作流程（1）定义分析文件名（2）定义参数（3）定义单元类型和截面参数1）定义单元类型2）定义单元截面参数（4）定义材料属性（5）建立有限元模型1）建立几何模型2）划分单元

（6）施加约束（7）存盘（8）求解（9）列表20阶频率（10）显示20阶振型图9.4.3.1

没有玻璃的卡车车身9.4.3.2

有玻璃的卡车车身9.4.4分析小结9.5砖块与电动汽车的碰撞的有限元分析9.5.1问题描述电动轿车车身基本结构如图9-52所示，车身厚度为1mm，车身材料为钢板，材料参数为：弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，密度为7800Kg/m3；车窗玻璃的材料参数为：弹性模量为85GPa，泊松比为0.22，密度为2500Kg/m3；砖块尺寸为240X115X53mm，砖块的材料参数为：弹性模量为20GPa，泊松比为0.18，密度为1700Kg/m3，砖块下落高度为1m，重力加速度为9.8m/s2，试进行砖块与电动汽车顶盖的碰撞的有限元分析。9.5.2理论分析与讨论9.5.3ANSYS操作流程9.5.3.1

仅考虑顶盖的分析9.5.3.2

没有玻璃车身的分析（1）定义分析文件名（2）定义参数（3）定义单元类型和实常数1）定义单元类型2）定义单元实常数（4）定义材料属性

（5）建立有限元模型1）建立几何模型2）划分单元

3）建立接触关系（6）施加约束

（7）施加载荷1）施加初始速度2）施加重力加速度（8）存盘（9）求解（10）显示计算结果9.5.3.3

有玻璃车身的分析9.5.4分析小结9.6螺栓与电动汽车碰撞的有限元分析9.6.1问题描述电动轿车车身基本结构如图9-52所示，车身厚度为1mm，车身材料为钢板，材料参数为：弹性模量为200GPa，泊松比为0.3，密度为7800Kg/m3；车窗玻璃的材料参数为：弹性模量为85GPa，泊松比为0.22，密度为2500Kg/m3；螺栓的直径为35mm、总长度为100mm，螺栓的材料为普通钢，螺栓下落高度为1m，重力加速度为9.8m/s2，试进行螺栓与电动汽车顶盖的碰撞的有限元分析。9.6.2理论分析与讨论9.6.3ANSYS操作流程9.6.3.1

仅考虑顶盖的分析9.6.3.2

没有玻璃车身的分析（1）定义分析文件名（2）定义参数（3）定义单元类型和实常数1）定义单元类型2）定义单元实常数（4）定义材料属性

（5）建立有限元模型1）建立几何模型2）划分单元

3）建立接触关系（6）施加约束

（7）施加载荷1）施加初始速度2）施加重力加速度（8）存盘（9）求解（10）显示计算结果9.6.3.3

有玻璃车身的分析9.6.4分析小结9.7汽车风洞实验的有限元分析9.7.1问题描述9.7.1.1典型轿车车身风洞试验模拟9.7.1问题描述9.7.1.2典型卡车车身风洞试验模拟9.7.2理论分析与讨论应用ANSYS/FLOTRAN模块来分析风洞还是比较方便的，里面有标准的空气湍流模型，随着版本的升高，在GUI操作中不支持了此类操作，但是还是支持APDL文件的计算，在本节分析中，采用GUI操作和APDL命令相结合的方式进行。9.7.3ANSYS操作流程9.7.3.1

典型轿车车身风洞试验模拟9.7.3.2

典型卡车车身风洞试验模拟（1）定义分析文件名（2）定义参数（3）定义单元类型（4）建立有限元模型1）建立几何模型2）划分单元（5）施加约束（6）施加载荷（7）FLOTRAN设置1）空气材料参数设置2）流体求解设置（8）存盘（9）求解（10）显示计算结果9.7.4分析小结9.8汽车车身流线型的有限元分析9.8.1问题描述20世纪30年代起，人们开始运用流体力学原理改进汽车尾部形状，出现甲壳虫型，阻力系数降至0.6。20世纪50－60年代改进为船型，阻力系数为0.45。80年代经过风洞实验系统研究后，又改进为鱼型，阻力系数为0.3。以后进一步改进为楔型，阻力系数为0.2。试应用ANSYS/FLOTRAN模块来模拟如图9-128所示四种典型车型的车身风洞试验。9.8.2分析与讨论这里应用样条曲线建立汽车车身的外形，应用ANSYS/FLOTRAN模块来分析四种典型车型的风洞试验，在本节分析中，采用GUI操作和APDL命令相结合的方式进行。9.8.3ANSYS操作流程（1）定义分析文件名（2）定义参数（3）定义单元类型（4）建立有限元模型1）建立几何模型2）划分单元（5）施加约束（6）施加载荷（7）FLOTRAN设置1）空气材料参数设置2）流体求解设置（8）