车辆结构有限元分析

第1章 绪论

1.1 有限元法概述

1.2 车辆结构有限元分析的特点

1.2.1 车辆结构有限元模型的特点

1.2.2 车辆结构有限元分析的边界条件

1.2.3 车辆结构有限元分析的载荷

1.3 车辆结构有限元分析的内容

第2章 车辆结构有限元建模技术

2.1 车辆常用连接方式的自由度耦合方法

2.1.1 焊接的自由度耦合

2.1.2 铰接连接的自由度耦合

2.1.3 加强板的自由度耦合

2.2 基于位移协调条件的多点自由度约束方程方法

2.2.1 不同连接方式的位移协调条件

2.2.2 基于位移协调条件的多点自由度约束方程方法

2.2.3 目标点及相关单元的确定

2.2.4 基于形函数的目标点位移自由度

2.2.5 单元局部坐标系下源点与目标点的自由度耦合方程

2.2.6 整体坐标系源点与目标点的自由度耦合方程

2.2.7 实例验证

2.3 三维实体单元与板壳单元的组合建模方法

2.3.1 三维实体单元与板壳单元的组合建模概述

2.3.2 基于约束方程的实体单元与板壳单元组合建模方法

2.3.3 实体单元与板壳单元的组合单元

2.4 车架结构参数化建模

2.4.1 参数化设计与建模

2.4.2 载货车车架参数化设计

2.4.3 载货车车架参数化建模系统

第3章 边界条件与载荷

3.1 钢板弹簧悬架的有限元模型

3.1.1 钢板弹簧悬架模型的基本要求

3.1.2 常用的几种钢板弹簧悬架有限元模型

3.1.3 钢板弹簧悬架的有限元模型小结

3.2 油气弹簧悬架的有限元模型

3.2.1 油气弹簧悬架的力学特点

3.2.2 基于优化方法的等轴荷算法

3.2.3 油气弹簧悬架的载荷等效与辅助约束法

3.3 基于位移法的轮胎载荷计算方法

3.3.1 弯曲工况轮胎载荷计算

3.3.2 扭转工况轮胎载荷计算

3.3.3 起动／制动工况轮胎载荷计算

3.3.4 转弯工况轮胎载荷计算

3.3.5 数值算例

3.4 制动工况下载货汽车车架垂直载荷计算方法

3.4.1 模型假设与纵梁分布载荷模式

3.4.2 不同制动强度的车架纵梁载荷模型

3.4.3 制动工况车架纵梁载荷的求解算法

3.4.4 算例

3.5 整体式车桥有限元分析的位移边界模型

3.5.1 轴头直接约束法

3.5.2 辅助支承法

3.5.3 RBE3约束法

3.5.4 主要结论

第4章 车辆结构的有限元动态分析

4.1 车辆模态分析

4.1.1 模态分析基本理论

4.1.2 车辆模态分析实例

4.2 车辆结构的谐响应分析

4.2.1 谐响应分析的计算方法

4.2.2 发动机不平衡激励下的谐响应分析实例

4.3 悬架刚度和阻尼对载货车振动特性的影响

4.3.1 弯曲工况

4.3.2 扭转工况

4.4 运动激励下结构动态响应分析的模态叠加法

4.4.1 传统的转换方法——自由边界法

4.4.2 一种新的运动激励转换方法——固定边界法

4.4.3 算例一：平面应力薄板的频率响应分析

4.4.4 算例二：轻型货车车架在路面不平度激励下的频率响应

4.4.5 算例三：轻型货车车架过减速带时的瞬态响应

4.4.6 主要结论

第5章 车辆碰撞安全性分析

5.1 动态显式有限元方法

5.1.1 动态显式有限元求解控制方程

5.1.2 空间有限元离散

5.1.3 显式中心差分算法

5.1.4 时间步长的控制

5.1.5 沙漏控制

5.1.6 接触算法

5.2 国内外汽车碰撞安全法规及标准简介

5.2.1 美国NHTSA

5.2.2 美国IIHS

5.2.3 日本J—NCAP

5.2.4 欧洲E—NCAP

5.2.5 中国C—NCAP

5.3 电动汽车碰撞安全仿真分析

5.3.1 几何模型简化

5.3.2 网格划分

5.3.3 材料模型的建立

5.3.4 悬架模型的建立

5.3.5 轮胎模型的建立

5.3.6 整车有限元模型的建立

5.3.7 碰撞仿真结果分析

5.4 大客车翻滚安全性有限元仿真

5.4.1 客车侧翻有限元模型的建立

5.4.2 基于刚体车身假设的碰撞初始条件分析

5.4.3 客车侧翻试验特点及主要影响因素

5.4.4 客车侧翻算例

5.5 座椅—乘员安全性有限元仿真

5.5.1 座椅抗前倾性能要求

5.5.2 边界条件及假人

5.5.3 计算实例

第6章 车辆结构的非线性有限元分析

6.1 车辆结构的弹塑性分析

6.1.1 弹塑性分析概述

6.1.2 挂车车轴弹塑性分析

6.2 车辆结构的接触非线性分析

6.2.1 接触非线性分析概述

6.2.2 铆接车架有限元建模

6.2.3 铆接车架强度分析

6.3 校车座椅及固定件后倾非线性分析

6.3.1 校车座椅后倾（静态加载）试验技术条件

6.3.2 座椅后倾有限元模型

6.3.3 显式求解结果分析

6.4 拖拉机驾驶室安全性试验的非线性有限元仿真

6.4.1 弹塑性材料特性

6.4.2 仿真过程及结果

第7章 车辆噪声的有限元分析

7.1 车辆噪声概述

7.1.1 车辆噪声的分类

7.1.2 噪声的数值分析方法

7.2 车辆乘坐室声学模态分析

7.2.1 车辆乘坐室声学模态分析的意义

7.2.2 声学模态分析基本原理

7.2.3 车室声腔模态分析实例

7.3 基于声固耦合的车辆声场频率响应分析

7.3.1 声固耦合方法的选择

7.3.2 声固强耦合

7.3.3 声固弱耦合

7.3.4 驾驶室声固耦合频率响应分析实例

7.4 消声器的传声损失分析

7.4.1 传递导纳理论

7.4.2 消声器传声损失计算实例

参考文献

车辆结构作为复杂的机械系统，其力学特性分析一直是车辆设计中的关键问题，有限元法为解决这一问题提供了一个强有力的工具。《车辆结构有限元分析》在总结车辆结构有限元分析应用成果的基础上，结合作者柴山、刚宪约、焦学健、李丽君二十多年来应用有限元法解决车辆结构分析问题的实践与经验，针对车辆结构和工作特点，重点讨论和介绍了在车辆结构有限元建模技术、车辆结构有限元分析的边界条件与载荷、车辆结构的有限元动态分析、车辆碰撞安全性分析、车辆结构的非线性有限元分析和车辆噪声的有限元分析等方面的研究成果和工程实例。
　　《车辆结构有限元分析》可作为车辆行业CAE分析师及设计人员的参考资料，也可作为机械与车辆工程专业研究生的教学参考书。