【正文】 結(jié)構(gòu)件尤為有用。很多材料在達到初始屈服極限時往往還有很大潛力可挖，通過非線性分析工程師可充分利用材料的塑性和韌性。要想更精確地仿真實際問題，就必需考慮材料和幾何、邊境和單元等非線性因素。實際工程問題中，很多結(jié)構(gòu)響應(yīng)與所受的外載荷并不成比例。：正則模態(tài)及復(fù)特征值分析、頻率及瞬態(tài)響應(yīng)分析、（噪）聲學(xué)分析、隨機響應(yīng)分析、響應(yīng)及沖擊譜分析、動力靈敏度分析等。，它具有其它有限元分析軟件所無法比擬的強大分析功能。在算法上。屈曲分析主要用于研究結(jié)構(gòu)在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷，：線性屈曲和非線性屈曲分析。此分析考慮結(jié)構(gòu)的慣性作用，可計算無約束自由結(jié)構(gòu)在靜力載荷和加速度作用下產(chǎn)生準靜態(tài)響應(yīng)。該分析同時還提供結(jié)構(gòu)的重量和重心數(shù)據(jù)。一旦用戶需要可方便地進行模塊或解題規(guī)模擴充，不必有任何其他的擔(dān)心。3．3 作為世界CAE工業(yè)標(biāo)準及最流行的大型通用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，并為用戶提供了方便的模塊化功能選項，：基本分析模塊（含靜力，模態(tài)，屈曲，熱應(yīng)力，流固耦合及數(shù)據(jù)庫管理等），動力學(xué)分析模塊，熱傳導(dǎo)模塊，非線性分析模塊，氣動彈性分析模塊，DMAP用戶開發(fā)工具模塊及高級對稱分析模塊。它允許分析員執(zhí)行穩(wěn)態(tài)、不可壓縮的流分析，并對系統(tǒng)中的流體運動預(yù)測流率和壓力梯度。它允許熱工程師預(yù)測承受熱載荷的系統(tǒng)中的熱流和溫度。* 高級仿真中專門包含有新的 NX 熱解算器和 NX 流解算器。* 高級仿真包括許多幾何體抽取工具，使分析員能夠根據(jù)其分析需要來量身定制 CAD 幾何體。高級仿真支持補充完整的單元類型（1D、2D 和 3D）。* 高級仿真提供世界級的網(wǎng)格劃分功能。* 高級仿真的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很有特色，例如具有獨立的仿真文件和 FEM 文件，這有利于在分布式工作環(huán)境中開發(fā) FE 模型。另外，您還可以解算您的模型并直接在高級仿真中查看結(jié)果；不必首先導(dǎo)出解算器文件或?qū)虢Y(jié)果。例如，如果您在高級仿真中創(chuàng)建網(wǎng)格或解法，則指定您將要用于解算模型的解算器和您要執(zhí)行的分析類型。高級仿真包括一整套預(yù)處理和后處理工具，并支持多種產(chǎn)品性能評估解法。 2．操縱自由形狀可以編輯定義的參數(shù)；數(shù)學(xué)參數(shù)(如rho或公差)及構(gòu)造幾何體可以重定義；通過下列任一方式直接操縱自由形狀∶控制多邊形、改變曲面階數(shù)、曲面上點、邊緣[23]。自由形狀片體和實體與它們定義的幾何體相關(guān)，允許重訪早期設(shè)計決策及自動更新下游工作。片體建模完全與實體建模集成并允許自由形狀獨立建立之后作用到實體設(shè)計。如果需要，內(nèi)壁拓撲將不同于外壁； 3．對共同的設(shè)計元素的用戶定義特征User Defined Features。u 倒圓和倒角 1．固定和可變的半徑倒圓；2．能夠倒角任一邊緣； 3．設(shè)計的徒峭邊緣倒圓不適合完全的倒圓半徑但仍然需要倒圓。 u 特征建模 (Feature Modeling) 特征建模設(shè)計可以以工程特征術(shù)語定義，而不是低水平的CAD幾何體。 u 片體和實體集成1．縫合片體到實體； 2．分割和修剪實體允許轉(zhuǎn)換片體形狀到實體； 3．從實體表面抽取片體。在本次建模中，主要用到的是實體建模部分，即Solid Modeling，下面概述實體建模部分（Solid Modeling）的基本功能實體建模 (Solid Modeling) UG/Solid Modeling是所有其它幾何建模產(chǎn)品的基礎(chǔ)。UG為最好的工業(yè)設(shè)計軟件包括一個靈活的復(fù)合建模模塊以及功能強大的逼真照相的渲染，動畫和快速的原型工具，復(fù)合建模讓用用戶可在建模方法中選擇。隨著我國計算機二維繪圖技術(shù)的逐步普及，以三維實體建模為基礎(chǔ)的計算機輔助零件設(shè)計、裝配設(shè)計、運動分析、有限元分析、數(shù)控加工仿真與編程等方面的需求正在快速增長，很多工程設(shè)計人員已開始從使用二維CAD系統(tǒng)轉(zhuǎn)向使用三維CAD系統(tǒng)。UGS公司進入中國已經(jīng)有16個年頭了，在中國的業(yè)務(wù)有了很大的發(fā)展，中國己成為遠東業(yè)務(wù)增長最快的國家。多年來，UGS公司一直在支持美國通用汽午公司實施目前全球最大的虛擬產(chǎn)品開發(fā)項目，同時UG也是日木著名汽車零部件制造商DFNSO公司的計算機應(yīng)用標(biāo)準，并在全球汽車行業(yè)得到了應(yīng)用，如Navistar,底特律柴油機廠、Winnebago和Rorbert Bosch AG等。美國Unigraphics Solutions公司(簡稱UGS )的產(chǎn)品主要有為機械制造企業(yè)提供包括設(shè)計、分析到制造應(yīng)用的Unigraphics(簡稱UG )軟件，基于Windows的設(shè)計與制圖產(chǎn)品solidedge，集團級產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)iMAN、產(chǎn)品可視化技術(shù)ProductVision以及被業(yè)界廣泛使用的高精度邊界表示的實體建模核心parasolid在內(nèi)的產(chǎn)品。后處理是對計算結(jié)果（應(yīng)力、應(yīng)變或振型等）的整理，形成等應(yīng)力線、變形圖、振型圖等，以及結(jié)果的輸出。計算是在形成總剛度方程和約束處理后求解大型聯(lián)立方程組、最終得到節(jié)點位移的過程。包括單元類型的選擇，結(jié)構(gòu)的材料特征參數(shù)的確定，實體建模，節(jié)點和單元網(wǎng)格的確定，邊界條件或約束條件及載荷的移置等。后處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡便提取信息，了解計算結(jié)果2．2 有限元法的程序?qū)崿F(xiàn) 從使用有限元程序的角度來講，有限元分析可分為前處理、計算和后處理三大步。簡言之，有限元分析可分成三個階段，前處理、處理和后處理。求解結(jié)果是單元結(jié)點處狀態(tài)變量的近似值。第六步:聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋有限元法最終導(dǎo)致聯(lián)立方程組。第五步:總裝求解將單元總裝形成離散域的總矩陣方程(聯(lián)合方程組)，反映對近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件。對工程應(yīng)用而言，重要的是應(yīng)注意每一種單元的解題性能與約束。第四步:單元推導(dǎo)對單元構(gòu)造一個適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣(結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱剛度陣或柔度陣)。顯然單元越小(網(wǎng)絡(luò)越細)則離散域的近似程度越好，計算結(jié)果也越精確，但計算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。有限元求解問題的基本步驟通常為:第一步:問題及求解域定義根據(jù)實際問題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。不同于求解(往往是困難的)滿足整個定義域邊界條件的允許函數(shù)的RayleighRitz法，有限元法將函數(shù)定義在簡單幾何形狀(如二維 問題中的三角形或任意四邊形)的單元域上(分片函數(shù))，且不考慮整個定義域的復(fù)雜邊界條件，這是有限元法優(yōu)于其他近似方法的原因之一。有限元方法與其他求解邊值問題近似方法的根本區(qū)別在于它的近似性僅限于相對小的子域中。由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的)近似解，然后推導(dǎo)求解這個域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件)，從而得到問題的解。在一定精度要求下，對每個單元用有限多個參數(shù)來描述它的力學(xué)特性，而整個連續(xù)彈性體的力學(xué)特性，可認為是這些小單元體力學(xué)特性的總和，從而建立起連續(xù)體的力的平衡關(guān)系。諸如金屬切削機床這類機械產(chǎn)品的剛性問題，屬于小變形彈性問題，因而彈性力學(xué)中的最小位能原理提供了極大的方便。有限元方法是數(shù)值計算中的—種離散化方法，用數(shù)學(xué)術(shù)語來說，就是從變分原理出發(fā)，通過分區(qū)插值把二次泛函(能量積分)的極值問題化為一組多元線性代數(shù)方程來求解。隨著計算機及計算技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品設(shè)計必然進入到一個新的階段。因此，近 20 年來，由于計算機的應(yīng)用，正在設(shè)計領(lǐng)域中進行著一場深刻的革新，如用理論設(shè)計代替經(jīng)驗設(shè)計，用精確設(shè)計代替近似設(shè)計；用優(yōu)化設(shè)計代替一般設(shè)計，用動態(tài)分析代替靜態(tài)分析等等，而有限元方法為在設(shè)計階段掌握產(chǎn)品性能提供了強有力的工具。這一方法的理論基礎(chǔ)牢靠，物理概念清晰，解題效率高，適用性強，目前已成為機械產(chǎn)品動、靜、熱特性分析的重要手段，它的程序包是機械產(chǎn)品計算機輔助設(shè)計常用方法庫中不可缺少的內(nèi)容之一在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)及生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展日新月異的情況下，市場的需求是瞬息多變的，機械產(chǎn)品以多品種、小批量生產(chǎn)為主，這就要求新產(chǎn)品設(shè)計、制造周期短，質(zhì)量高，成本低，具有較強的競爭能力。主要通過以下步驟完成：1) 通過UG等軟件建立輕型汽車車架總成的三維幾何數(shù)學(xué)模型2) 劃分有限元單元3) 設(shè)定約束條件和承載情況4) 對不同工況下車架的強度和剛度進行計算5) 根據(jù)計算結(jié)果進行分析，提出改進意見在以上步驟中，第2，3，4步是核心步驟，第1步是最重要的準備工作。利用有限元分析軟件對車架的強度進行計算分析，為車架的計算機設(shè)計及結(jié)構(gòu)修改提供依據(jù)。車架作為汽車的基礎(chǔ)部件，受力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，無法用簡單的數(shù)學(xué)方法對其各部分的應(yīng)力狀態(tài)進行分析計算，而采用有限元分析即可對車架的靜強度、振動模態(tài)進行較為準確的分析，從而使車架設(shè)計從經(jīng)驗設(shè)計進入到科學(xué)設(shè)計階段。但車架的扭轉(zhuǎn)剛度又不宜過大，否則將使車架和懸架系統(tǒng)的載荷增大并使汽車輪胎的接地性變差，使通過性變壞。車架也應(yīng)有足夠的強度，以保證其有足夠的可靠性和壽命，縱梁等主要零件在使用期內(nèi)不應(yīng)有嚴重變形和開裂。1．3 本文研究的主要內(nèi)容車架作為汽車的承載基體，支撐著發(fā)動機、離合器、變速器、轉(zhuǎn)向器、貨廂等所有簧上質(zhì)量的有關(guān)機件，承受著傳給它的各種力和力矩。再者，車架結(jié)構(gòu)和載荷都比較復(fù)雜，難以形成較好的數(shù)學(xué)模型，因此該文作者并未對車架進行全面分析，這勢必影響結(jié)果的可靠性。吉林工業(yè)大學(xué)的黃金陵曾在對影響車架結(jié)構(gòu)強度和剛度的因素進行了理論分析基礎(chǔ)上，運用懲罰函數(shù)法尋得了汽車車架各梁截面參數(shù)的最佳值，但是由于影響汽車車架結(jié)構(gòu)強度和剛度的因素很多，如縱梁及橫梁的布置。汽車車架結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計是汽車工業(yè)近些年的重要研究領(lǐng)域。板殼單元模型用板殼單元將車架的縱、橫梁及連接板進行離散化，這種結(jié)構(gòu)單元準確的描述了形狀復(fù)雜的車架結(jié)構(gòu)，大大提高了有限元分析的精度，能夠處理連接部位的應(yīng)力問題，但是這種模型單元與節(jié)點數(shù)目眾多，前處理工作量大，計算速度慢。提出了利用車架模態(tài)分析結(jié)果直接對結(jié)構(gòu)動態(tài)特性進行評價的方法。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對車架的有限元分析進行了大量