本書專注于國產CAE軟件MxSim在汽車結構領域的應用，系統介紹CAE分析的基礎理論、操作流程及實例，可以幫助讀者全面掌握 MxSim 在車輛結構分析中的應用。書中詳細闡述了MxSim從前處理到后處理的全流程，并結合靜力分析、模態分析、瞬態分析、諧響應分析、碰撞安全性分析等實例，深入講解了仿真精度與效率控制。同時，本書展望了CAE的前沿技術，如云服務和大數據分析。本書既可以作為汽車設計工程師的實戰指南，也可以作為相關專業學生的教材。
1.蔡勇，湖南大學副教授，湖南邁曦軟件有限責任公司副總經理。湖南省荷尖人才，國家重點研發計劃青年科學家項目負責人。專注于自主工業CAE軟件設計與開發、多 CPU/GPU 異構并行計算方法以及CAE 云計算平臺等方面的研究，近幾年，發表高水平學術論文10余篇，獲發明專利5項，軟件著作權10余項。2.王澤興，博士，正高級工程師，國家新能源汽車技術創新中心數字化業務單元負責人，畢業于北京理工大學，曾任北京新能源汽車股份有限公司動力總成集成科科長。主要從事混合動力汽車、電動汽車動力系統研發、新能源汽車前瞻技術及數字化技術研究。負責或參與國家級和省部級重點科技項目9項，牽頭或參與起草汽車和數字化類標準15項，發表SCI/EI等高水平論文10余篇，申報發明專利30余項。3.李光耀，湖南大學教授，湖南省首屆芙蓉學者計劃特聘教授。先后承擔國家“九五”和“十五”攻關項目、國家“973”項目、國家“863”項目、國家自然科學基金重點項目等10余項國家級項目。近幾年，在國內外重要刊物上發表論文100多篇，相繼獲得國家科技進步一等獎，國家科技進步二等獎，湖南省科技進步一等獎，中國高校自然科學二等獎，國際著名雜志“工程計算”2001年度最佳論文獎，并獲第七屆“中國青年五四獎章”，通用汽車中國科技成就一等獎，入選為新世紀百千萬人才工程國家級人選。
第 1 章 緒論 …………………………………………………………………………………… 001
1.1 數值分析方法 ……………………………………………………………………………… 001
1.2 有限元法概述 ……………………………………………………………………………… 003
1.2.1 有限元法的誕生及發展 ………………………………………………………………… 003
1.2.2 有限元法的基本思想 …………………………………………………………………… 004
1.2.3 有限元法的應用及發展趨勢 …………………………………………………………… 004
1.3 CAE 商業軟件的發展 ……………………………………………………………………… 005
1.4 汽車 CAE 技術發展概述 …………………………………………………………………… 007
第 2 章 CAE 分析基礎…………………………………………………………………… …… 009
2.1 有限元分析基礎 …………………………………………………………………………… 010
2.1.1 彈性力學的基本方程和變分原理 ……………………………………………………… 010
2.1.2 彈性力學平面問題的有限元格式 ……………………………………………………… 018
2.1.3 單元剛度矩陣 …………………………………………………………………………… 024
2.1.4 隱式求解與顯式求解 …………………………………………………………………… 026
2.2 CAE 分析 …………………………………………………………………………………… 026
2.2.1 CAE 分析的要點和特點 ………………………………………………………………… 026
2.2.2 CAE 分析的計算精度 …………………………………………………………………… 027
2.2.3 CAE 分析的計算效率 …………………………………………………………………… 029
2.3 MxSim 分析軟件簡介 ……………………………………………………………………… 030
2.3.1 MxSim.Mechanical 隱式求解器簡介 …………………………………………………… 030
2.3.2 MxSim.Dyna 顯式求解器簡介 ………………………………………………………… 031
2.3.3 MxSim 用戶界面簡介 …………………………………………………………………… 031
第 3 章 基于 MxSim 的車輛結構 CAE 分析 ……………………………………………… 038
3.1 概述 ………………………………………………………………………………………… 039
3.2 幾何建模與簡化 …………………………………………………………………………… 039
3.2.1 降維處理 ………………………………………………………………………………… 039
3.2.2 細節簡化與幾何形狀的近似 …………………………………………………………… 040
3.2.3 結構對稱性的利用 ……………………………………………………………………… 040
3.2.4 MxSim 建模 ……………………………………………………………………………… 041
3.3 網格剖分 …………………………………………………………………………………… 044
3.3.1 常見的網格種類 ………………………………………………………………………… 045
3.3.2 網格剖分原則 …………………………………………………………………………… 046
3.3.3 選擇網格類型 …………………………………………………………………………… 048
3.3.4 特殊結構處理 …………………………………………………………………………… 049
3.3.5 MxSim 中的網格剖分 …………………………………………………………………… 050
3.4 材料 ………………………………………………………………………………………… 052
3.4.1 常用的材料模型 ………………………………………………………………………… 052
3.4.2 其他材料模型 …………………………………………………………………………… 054
3.5 分析工況定義 ……………………………………………………………………………… 064
3.5.1 線性工況和非線性工況 ………………………………………………………………… 065
3.5.2 靜力學問題和動力學問題 ……………………………………………………………… 065
3.5.3 顯式分析和隱式分析 …………………………………………………………………… 065
3.5.4 MxSim 中的分析工況 …………………………………………………………………… 066
3.6 連接 ………………………………………………………………………………………… 074
3.7 接觸 ………………………………………………………………………………………… 074
3.8 邊界條件與載荷 …………………………………………………………………………… 075
3.8.1 位移約束條件 …………………………………………………………………………… 075
3.8.2 載荷類型 ………………………………………………………………………………… 077
3.9 拓撲優化 …………………………………………………………………………………… 081
3.10 疲勞分析 …………………………………………………………………………………… 083
3.11 計算求解 …………………………………………………………………………………… 084
3.11.1 輸出設置 ……………………………………………………………………………… 084
3.11.2 計算任務 ……………………………………………………………………………… 084
3.12 后處理 ……………………………………………………………………………………… 085
3.12.1 云圖窗口 ……………………………………………………………………………… 086
3.12.2 動態效果查看 ………………………………………………………………………… 089
3.12.3 時程曲線查看 ………………………………………………………………………… 089
第 4 章 車輛結構靜力分析 ………………………………………………………………… … 092
4.1 靜力分析概述 ……………………………………………………………………………… 093
4.2 實例分析—工字梁結構靜力分析 ……………………………………………………… 094
4.2.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 094
4.2.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 094
4.3 實例分析—某汽車前橋轉向節的結構靜力分析 ……………………………………… 105
4.3.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 105
4.3.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 105
4.4 實例分析—某汽車白車身的彎曲和扭轉剛度分析 …………………………………… 114
4.4.1 實例描述 ……………………………………………………………………………… … 114
4.4.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 115
第 5 章 車輛結構模態分析 ……………………………………………………………… … … 120
5.1 模態分析概述 ……………………………………………………………………………… 121
5.2 實例分析—托架焊接組件的模態分析 ………………………………………………… 123
5.2.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 123
5.2.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 123
5.3 實例分析—某汽車白車身的自由模態分析 …………………………………………… 132
5.3.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 132
5.3.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 132
5.4 實例分析—某新能源汽車電池包箱體約束模態分析 ………………………………… 138
5.4.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 138
5.4.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 139
第 6 章 車輛結構瞬態分析 …………………………………………………………………… 145
6.1 瞬態分析概述 ……………………………………………………………………………… 146
6.2 實例分析—某新能源汽車電池包瞬態振動分析 ……………………………………… 146
6.2.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 146
6.2.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 146
6.3 實例分析—某汽車主軸的瞬態動力學分析 …………………………………………… 155
6.3.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 155
6.3.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 155
第 7 章 車輛結構諧響應分析 ………………………………………………………………… 167
7.1 諧響應分析概述 …………………………………………………………………………… 168
7.2 實例分析—某減速器箱體的諧響應分析 ……………………………………………… 168
7.2.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 168
7.2.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 168
第 8 章 車輛碰撞安全性分析 …………………………………………………………………… 181
8.1 車輛碰撞安全性分析概述 ………………………………………………………………… 182
8.2 實例分析—汽車前保險杠碰撞分析 …………………………………………………… 184
8.2.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 184
8.2.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 184
8.3 實例分析—簡易卡車碰撞安全性仿真 ………………………………………………… 195
8.3.1 實例描述 ………………………………………………………………………………… 195
8.3.2 分析步驟 ………………………………………………………………………………… 195
第 9 章 展望 …………………………………………………………………………………… 206
9.1 CAE 軟件領域技術展望 …………………………………………………………………… 206
9.2 工業軟件輔助技術發展展望 ……………………………………………………………… 207
9.2.1 工業云平臺技術 ………………………………………………………………………… 207
9.2.2 軟件云化技術 …………………………………………………………………………… 208
9.2.3 硬件技術 ………………………………………………………………………………… 208
9.2.4 云端數據管理與分析 …………………………………………………………………… 209
9.2.5 輔助工具 ………………………………………………………………………………… 209
9.3 國創數字化仿真云平臺 …………………………………………………………………… 209
9.3.1 云資源管理 ……………………………………………………………………………… 210
9.3.2 設計數據管理 …………………………………………………………………………… 210
9.3.3 仿真數據管理 …………………………………………………………………………… 210
9.3.4 仿真工具鏈 ……………………………………………………………………………… 212
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