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主要内容：第一章绪论第二章有限元法的基础理论第三章结构分析有限元法的实现第四章汽车结构有限元分析及应用第一章绪论一、有限元法基础知识二、汽车结构有限元分析基础一、有限元法基础知识1、有限元法的概念2、有限元法的发展3、有限元法的用途4、有限元分析的典型步骤1、有限元法的概念有限元法（FiniteElementMethod,FEM），也称为有限单元法或有限元素法，基本思想是将求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体。由于单元可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件。它是将弹性理论、计算数学和计算机软件有机地结合在一起的一种数值计算方法。有限元分析方法的发展趋势：（1）与CAD软件的无缝集成（2）更为强大的网格处理能力(技术难题，关键步骤)（3）由求解线性问题发展到求解非线性问题（4）由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解（5）程序面向用户的开放性3、有限元法的用途随着计算机的发展一种现代计算方法迅速发展起来，这就是有限元法。它是50年代首先在连续体力学领域——飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快就广泛地应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。目前被广泛地应用在航空、造船、机械、建筑、水利、铁道、桥梁、石油、化工、冶金、采矿、汽车等很多工程领域，在举世瞩目的三峡工程中有限元方法又大显伸手，得到了大家的信赖。4、有限元分析的典型步骤•连续体的离散化•选择位移模型•用变分原理推导单元刚度矩阵•集合整个离散化连续体的代数方程•求解位移矢量•由节点位移计算出单元的应变和应力3、结构有限元分析流程有限元基本分析流程(理论）1、将连续体划分成有限大小的单元。2、选择节点的物理量作为未知量，将单元内的任一物理量用节点物理量表述。3、建立每个单元的平衡方程（虚功原理）。4、建立整体平衡方程组，形成整体刚矩阵。5、引入边界条件，求解未知量。有限元分析流程（软件实现）第三章结构分析有限元法的实现一、概述二、有限元法的软件实现三、有限元软件分析的关键问题一、概述有限元法的基本研究思路：结构离散——单元分析——整体求解有限元软件实施的过程：前处理——中处理——后处理常用的有限元分析软件：ANSYS，NASTRAN常用的有限元前处理软件：Hypermesh二、有限元法的软件实现1、前处理2、中处理3、后处理1、前处理•前处理常用菜单•前处理内容前处理内容•建立几何模型•网格划分•施加载荷及边界条件2、中处理（软件计算）常用菜单：AnalysisType：设置求解问题类型（静态、模态、瞬态）DefineLoads：设置边界条件和施加载荷LoadStepOptions：定义载荷步Solve：问题求解3、后处理目的：获取并检查求解结果，对模型做出评价。计算结果以图表、曲线或动画形式输出。•后处理常用菜单•注意问题注意问题•计算结果处理•计算结果编辑•数据的可视化三、有限元软件分析的关键问题1、网格划分2、节点位移约束3、有限元模型的装配4、模型验证及结果评价1、网格划分•单元选用•网格大小•网格形状单元选用单元类型的选用对分析精度有重要影响。常用单元适用情况：梁单元用于车身骨架、车架板壳单元用于车身、车架实体单元用于三维结构刚体单元用于各结构的刚性部分质量单元用于振动分析网格尺寸大小网格大小对计算精度和速度有重要影响原则：在保证计算精度的情况下，采用尺寸大的网格划分方法网格形状网格形状的优劣对计算精度有重要影响2、节点位移约束利用节点位移约束建立模型各部分之间的连接关系，消除结构的刚体运动、保持节点间的相对变形关系。•节点坐标系•绝对位移约束•自由度耦合•位移约束方程绝对位移约束对节点位移大小的限制•刚性约束•强迫约束•弹性约束自由度耦合定义：一组节点具有相同的自由度值，相当于一个完全的刚性约束关系。用途：•同一位置两节点重合•周期对称性结构•小位移条件下的无摩擦接触表面位移约束方程定义：描述多个不同的或相同的自由度之间的线性协调关系，建立多个节点之间的刚性连接关系。用途：•连接不同类型单元之间的网格•连接具有不同自由度的单元•建立刚性域•描述过盈装配中两界面间的盈量或间隙4、模型验证及结果评价•模型验证应注意的问题•误差产生模型验证应注意的问题•熟悉研究对象，积累相关资料•了解所分析问题的结果情况，验证分析的正确性•新问题可用小的模型试算•检查几何模型、材料属性、单位统一•确认加载是否合理•单元划分是否合理•理论分析与试验结果对比误差产生•模型误差•计算误差•离散误差第四章汽车结构有限元分析及应用一、汽车结构有限元分析二、应用实例2、汽车结构有限元建模（1）汽车结构中的力学问题（2）模型简化及原则（3）结构计算模型（4）结构分析方法（1）汽车结构中的力学问题•强度•刚度•疲劳•振动、噪声•碰撞安全2）模型简化及原则•模型简化的原则•模型的简化模型简化的原则•结构的简化应不使受力状态失真，最大限度地保留零部件的主要力学特征•选用的单元和网格划分应能保证计算精度•尽量控制模型的规模•计算结果要经得起检验并能与设计参数匹配模型的简化•节点的简化•结构的简化•载荷的简化节点的简化通常将节点简化为铰节点和刚节点铰节点：可以绕节点中心自由转动刚节点：不能发生任何转动结构的简化结构简化的原则是：在保证充分反映实际结构力学性能的前提下，作必要的简化。省略非承载件构件表面光顺化对翻边的简化载荷的简化等效载荷载荷谱（疲劳分析、振动分析）（4）结构分析方法主要步骤1）了解问题，明确目标2）结构简化和假设3）建立模型，注意模型各部分之间的连接关系4）模型分析、检验和修改5）模型应用（评价、改进、优化）4、边界约束条件处理边界约束：模仿实际边界的约束受力情况，消除结构刚体位移。支座、节点与约束连接支座、节点与约束支座:结构与基础联系起来的装置节点：结构中两个或两个以上的部件连接处结构的合理约束要求：•模型无内外多余自由度•模型无内外多余附加约束•支座反力与所加载荷保持平衡5、受力分析与载荷处理•载荷类型•施加载荷的原则载荷类型静载荷：作用在车身（车架）上所有总成、设备、乘员、货物等质量引起的载荷，按集中载荷或分布载荷处理。动载荷：交变载荷（载荷谱）发动机的激励载荷，路面的激励载荷施加载荷的原则•简化假定越少越好•施加的载荷与结构的实际承接的载荷状态保持一致•集中载荷施加到模型上•对于多种单元组成的连续性模型，集中载荷可能带来应力奇异点•惯性载荷独立于有限元模型