a数值模拟技术在汽车零件制造中的应用

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1、技术交流数值模拟技术在汽车零件制造中的应用简介汽车用钢研究所张志建2014.04.22内容提要1有限元基础理论简介2有限元应用实例简介3数值模拟技术在汽车薄板零件冲压仿真中的应用4汽车薄板性能与缺陷5数值模拟技术在车轮轮辐冲压中的应用6数值模拟技术开展材料性能设计7武钢数值模拟技术现状与服务能力第一部分有限元基础理论简介•什么是有限元法？FiniteElementMethod(FEM)有限元法是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。•有限元模型概念载荷真实系统有

2、限元模型节点:空间中的坐标位置，具有一定自由度和存在相互物理作用。单元:一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，并承受一定载荷。载荷•有限元法的发展历史Hrennikoff[1941]-Latticeof1DbarsMcHenry[1943]-Model3DsolidsCourant[1943]-VariationalformLevy[1947,1953]-Flexibility&StiffnessArgryis&Kelsey[1954]-Ene

3、rgyPrin.forMatrixMethodsTurner,Clough,etc.[1956]-2DelementsClough[1960]-Term“FiniteElements”“Thefiniteelementmethodinplanestressanalysis”•商业有限元软件及其应用•1963年由Dr.RichardMacNeal和Mr.RobertSchwendle成立了MSC，开发了第一个结构分析软件。并于1965年参与美国国家航空及宇航局(NASA)发起的计算机结构分析方法研究，其程序更名为MSC/Nastran。•1967年在NASA的支持下SDRC

4、公司成立，并于1968年发布了世界上第一个动力学测试及模态分析软件包，1971年推出商业用有限元分析软件Supertab(后并入I-DEAS)。•1970年Dr.JohnA.Swanson成立SwansonAnalysisSystem，Inc.(SASI)后来重组后改称ANSYS公司，开发ANSYS软件。•至此世界上的三大公司先后了组建工作，致力于大型商用CAE软件的研究与开发。•时至今日，MSC和ANSYS比较专注于非线性分析市场，SDRC则是更偏向于线性分析市场，同时SDRC发展起来了自己的CAD/CAE/PDM技术。•1970～1980年代是CAE技术蓬勃发展的时期

5、，一方面SDRC，MSC，ANSYS等在技术和应用继续创新外，新的CAE软件迅速成立。•1971年MARC公司成立，致力于发展用于高级工程分析的通用有限元程序，而Marc程序重点处理非线性结构和热应力问题。•1977年MechanicalDynamicsInc.(MDI)公司成立，致力于发展机械系统仿真软件。其软件ADAMS应用于机械系统运动学、动力学仿真分析。•1978年HibbittKarlsson&Sorensen,Inc.公司成立，其ABAQUS软件主要应用于结构非线性分析。•1983年CSAR成立。其CSA/nastran主要针对大结构、流固耦合、热及噪声分析。

6、•1983年AAC成立，其程序COMET主要用于噪声及结构噪声优化等领域。•ComputerAidedDesignSoftware，Inc的PolyFEM软件包提供线性静态、动态及热分析。•1986年ADINA公司致力于发展结构、流体及流固耦合的有限元分析软件。•1987年LivermoreSoftwareTechnologyCorporation成立，其产品LS-DYNA及LS-NIKE30用隐式算法求解低高速动态特征问题。•1988年Flomerics公司成立，提供用于子系统内部空气流及热传递的分析程序。•1989年EngineeringSoftwareKessemo

7、chandDevelopment公司成立，致力于发展Ｐ法有限元程序。同时期还有多家专业性软件公司投入专业CAE程序的开发。…………………•有限元法的基本过程将单元内任一节点对弹性区域离散化位移通过函数表达（位移函数）进行单元集成，建立单元方程在节点上加外载荷力引入位移边界条件求解得到节点位移进行求解根据弹性力学公式得到单元应变、应力•有限元法的基本步骤1.结构离散；2.单元分析nyiia.建立位移函数ib.建立单元刚度方程keeFec.计算等效节点力3.进行单元集成；KF4.得到节点位移；5.根据弹性力学公式计