本书专注于国产CAE软件MxSim在汽车结构领域的应用，系统介绍CAE分析的基础理论、操作流程及实例，可以帮助读者全面掌握 MxSim 在车辆结构分析中的应用。书中详细阐述了MxSim从前处理到后处理的全流程，并结合静力分析、模态分析、瞬态分析、谐响应分析、碰撞安全性分析等实例，深入讲解了仿真精度与效率控制。同时，本书展望了CAE的前沿技术，如云服务和大数据分析。本书既可以作为汽车设计工程师的实战指南，也可以作为相关专业学生的教材。
1.蔡勇，湖南大学副教授，湖南迈曦软件有限责任公司副总经理。湖南省荷尖人才，国家重点研发计划青年科学家项目负责人。专注于自主工业CAE软件设计与开发、多 CPU/GPU 异构并行计算方法以及CAE 云计算平台等方面的研究，近几年，发表高水平学术论文10余篇，获发明专利5项，软件著作权10余项。2.王泽兴，博士，正高级工程师，国家新能源汽车技术创新中心数字化业务单元负责人，毕业于北京理工大学，曾任北京新能源汽车股份有限公司动力总成集成科科长。主要从事混合动力汽车、电动汽车动力系统研发、新能源汽车前瞻技术及数字化技术研究。负责或参与国家级和省部级重点科技项目9项，牵头或参与起草汽车和数字化类标准15项，发表SCI/EI等高水平论文10余篇，申报发明专利30余项。3.李光耀，湖南大学教授，湖南省首届芙蓉学者计划特聘教授。先后承担国家“九五”和“十五”攻关项目、国家“973”项目、国家“863”项目、国家自然科学基金重点项目等10余项国家级项目。近几年，在国内外重要刊物上发表论文100多篇，相继获得国家科技进步一等奖，国家科技进步二等奖，湖南省科技进步一等奖，中国高校自然科学二等奖，国际著名杂志“工程计算”2001年度最佳论文奖，并获第七届“中国青年五四奖章”，通用汽车中国科技成就一等奖，入选为新世纪百千万人才工程国家级人选。
第 1 章 绪论 …………………………………………………………………………………… 001
1.1 数值分析方法 ……………………………………………………………………………… 001
1.2 有限元法概述 ……………………………………………………………………………… 003
1.2.1 有限元法的诞生及发展 ………………………………………………………………… 003
1.2.2 有限元法的基本思想 …………………………………………………………………… 004
1.2.3 有限元法的应用及发展趋势 …………………………………………………………… 004
1.3 CAE 商业软件的发展 ……………………………………………………………………… 005
1.4 汽车 CAE 技术发展概述 …………………………………………………………………… 007
第 2 章 CAE 分析基础…………………………………………………………………… …… 009
2.1 有限元分析基础 …………………………………………………………………………… 010
2.1.1 弹性力学的基本方程和变分原理 ……………………………………………………… 010
2.1.2 弹性力学平面问题的有限元格式 ……………………………………………………… 018
2.1.3 单元刚度矩阵 …………………………………………………………………………… 024
2.1.4 隐式求解与显式求解 …………………………………………………………………… 026
2.2 CAE 分析 …………………………………………………………………………………… 026
2.2.1 CAE 分析的要点和特点 ………………………………………………………………… 026
2.2.2 CAE 分析的计算精度 …………………………………………………………………… 027
2.2.3 CAE 分析的计算效率 …………………………………………………………………… 029
2.3 MxSim 分析软件简介 ……………………………………………………………………… 030
2.3.1 MxSim.Mechanical 隐式求解器简介 …………………………………………………… 030
2.3.2 MxSim.Dyna 显式求解器简介 ………………………………………………………… 031
2.3.3 MxSim 用户界面简介 …………………………………………………………………… 031
第 3 章 基于 MxSim 的车辆结构 CAE 分析 ……………………………………………… 038
3.1 概述 ………………………………………………………………………………………… 039
3.2 几何建模与简化 …………………………………………………………………………… 039
3.2.1 降维处理 ………………………………………………………………………………… 039
3.2.2 细节简化与几何形状的近似 …………………………………………………………… 040
3.2.3 结构对称性的利用 ……………………………………………………………………… 040
3.2.4 MxSim 建模 ……………………………………………………………………………… 041
3.3 网格剖分 …………………………………………………………………………………… 044
3.3.1 常见的网格种类 ………………………………………………………………………… 045
3.3.2 网格剖分原则 …………………………………………………………………………… 046
3.3.3 选择网格类型 …………………………………………………………………………… 048
3.3.4 特殊结构处理 …………………………………………………………………………… 049
3.3.5 MxSim 中的网格剖分 …………………………………………………………………… 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 分析工况定义 ……………………………………………………………………………… 064
3.5.1 线性工况和非线性工况 ………………………………………………………………… 065
3.5.2 静力学问题和动力学问题 ……………………………………………………………… 065
3.5.3 显式分析和隐式分析 …………………………………………………………………… 065
3.5.4 MxSim 中的分析工况 …………………………………………………………………… 066
3.6 连接 ………………………………………………………………………………………… 074
3.7 接触 ………………………………………………………………………………………… 074
3.8 边界条件与载荷 …………………………………………………………………………… 075
3.8.1 位移约束条件 …………………………………………………………………………… 075
3.8.2 载荷类型 ………………………………………………………………………………… 077
3.9 拓扑优化 …………………………………………………………………………………… 081
3.10 疲劳分析 …………………………………………………………………………………… 083
3.11 计算求解 …………………………………………………………………………………… 084
3.11.1 输出设置 ……………………………………………………………………………… 084
3.11.2 计算任务 ……………………………………………………………………………… 084
3.12 后处理 ……………………………………………………………………………………… 085
3.12.1 云图窗口 ……………………………………………………………………………… 086
3.12.2 动态效果查看 ………………………………………………………………………… 089
3.12.3 时程曲线查看 ………………………………………………………………………… 089
第 4 章 车辆结构静力分析 ………………………………………………………………… … 092
4.1 静力分析概述 ……………………………………………………………………………… 093
4.2 实例分析—工字梁结构静力分析 ……………………………………………………… 094
4.2.1 实例描述 ………………………………………………………………………………… 094
4.2.2 分析步骤 ………………………………………………………………………………… 094
4.3 实例分析—某汽车前桥转向节的结构静力分析 ……………………………………… 105
4.3.1 实例描述 ………………………………………………………………………………… 105
4.3.2 分析步骤 ………………………………………………………………………………… 105
4.4 实例分析—某汽车白车身的弯曲和扭转刚度分析 …………………………………… 114
4.4.1 实例描述 ……………………………………………………………………………… … 114
4.4.2 分析步骤 ………………………………………………………………………………… 115
第 5 章 车辆结构模态分析 ……………………………………………………………… … … 120
5.1 模态分析概述 ……………………………………………………………………………… 121
5.2 实例分析—托架焊接组件的模态分析 ………………………………………………… 123
5.2.1 实例描述 ………………………………………………………………………………… 123
5.2.2 分析步骤 ………………………………………………………………………………… 123
5.3 实例分析—某汽车白车身的自由模态分析 …………………………………………… 132
5.3.1 实例描述 ………………………………………………………………………………… 132
5.3.2 分析步骤 ………………………………………………………………………………… 132
5.4 实例分析—某新能源汽车电池包箱体约束模态分析 ………………………………… 138
5.4.1 实例描述 ………………………………………………………………………………… 138
5.4.2 分析步骤 ………………………………………………………………………………… 139
第 6 章 车辆结构瞬态分析 …………………………………………………………………… 145
6.1 瞬态分析概述 ……………………………………………………………………………… 146
6.2 实例分析—某新能源汽车电池包瞬态振动分析 ……………………………………… 146
6.2.1 实例描述 ………………………………………………………………………………… 146
6.2.2 分析步骤 ………………………………………………………………………………… 146
6.3 实例分析—某汽车主轴的瞬态动力学分析 …………………………………………… 155
6.3.1 实例描述 ………………………………………………………………………………… 155
6.3.2 分析步骤 ………………………………………………………………………………… 155
第 7 章 车辆结构谐响应分析 ………………………………………………………………… 167
7.1 谐响应分析概述 …………………………………………………………………………… 168
7.2 实例分析—某减速器箱体的谐响应分析 ……………………………………………… 168
7.2.1 实例描述 ………………………………………………………………………………… 168
7.2.2 分析步骤 ………………………………………………………………………………… 168
第 8 章 车辆碰撞安全性分析 …………………………………………………………………… 181
8.1 车辆碰撞安全性分析概述 ………………………………………………………………… 182
8.2 实例分析—汽车前保险杠碰撞分析 …………………………………………………… 184
8.2.1 实例描述 ………………………………………………………………………………… 184
8.2.2 分析步骤 ………………………………………………………………………………… 184
8.3 实例分析—简易卡车碰撞安全性仿真 ………………………………………………… 195
8.3.1 实例描述 ………………………………………………………………………………… 195
8.3.2 分析步骤 ………………………………………………………………………………… 195
第 9 章 展望 …………………………………………………………………………………… 206
9.1 CAE 软件领域技术展望 …………………………………………………………………… 206
9.2 工业软件辅助技术发展展望 ……………………………………………………………… 207
9.2.1 工业云平台技术 ………………………………………………………………………… 207
9.2.2 软件云化技术 …………………………………………………………………………… 208
9.2.3 硬件技术 ………………………………………………………………………………… 208
9.2.4 云端数据管理与分析 …………………………………………………………………… 209
9.2.5 辅助工具 ………………………………………………………………………………… 209
9.3 国创数字化仿真云平台 …………………………………………………………………… 209
9.3.1 云资源管理 ……………………………………………………………………………… 210
9.3.2 设计数据管理 …………………………………………………………………………… 210
9.3.3 仿真数据管理 …………………………………………………………………………… 210
9.3.4 仿真工具链 ……………………………………………………………………………… 212
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