【正文】 結(jié)構(gòu)件尤為有用。很多材料在達(dá)到初始屈服極限時(shí)往往還有很大潛力可挖，通過(guò)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(shí)際問(wèn)題，就必需考慮材料和幾何、邊境和單元等非線性因素。實(shí)際工程問(wèn)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(jī)響應(yīng)分析、響應(yīng)及沖擊譜分析、動(dòng)力靈敏度分析等。，它具有其它有限元分析軟件所無(wú)法比擬的強(qiáng)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(jì)算無(wú)約束自由結(jié)構(gòu)在靜力載荷和加速度作用下產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)。該分析同時(shí)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(jìn)行模塊或解題規(guī)模擴(kuò)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(zhǔn)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(xiàng)，：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(kù)管理等），動(dòng)力學(xué)分析模塊，熱傳導(dǎo)模塊，非線性分析模塊，氣動(dòng)彈性分析模塊，DMAP用戶開(kāi)發(fā)工具模塊及高級(jí)對(duì)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(duì)系統(tǒng)中的流體運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)流率和壓力梯度。它允許熱工程師預(yù)測(cè)承受熱載荷的系統(tǒng)中的熱流和溫度。* 高級(jí)仿真中專門(mén)包含有新的 NX 熱解算器和 NX 流解算器。* 高級(jí)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(lái)量身定制 CAD 幾何體。高級(jí)仿真支持補(bǔ)充完整的單元類型（1D、2D 和 3D）。* 高級(jí)仿真提供世界級(jí)的網(wǎng)格劃分功能。* 高級(jí)仿真的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很有特色，例如具有獨(dú)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(kāi)發(fā) FE 模型。另外，您還可以解算您的模型并直接在高級(jí)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(jí)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(jí)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(píng)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(guò)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(diǎn)、邊緣[23]。自由形狀片體和實(shí)體與它們定義的幾何體相關(guān)，允許重訪早期設(shè)計(jì)決策及自動(dòng)更新下游工作。片體建模完全與實(shí)體建模集成并允許自由形狀獨(dú)立建立之后作用到實(shí)體設(shè)計(jì)。如果需要，內(nèi)壁拓?fù)鋵⒉煌谕獗冢?3．對(duì)共同的設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)可以以工程特征術(shù)語(yǔ)定義，而不是低水平的CAD幾何體。 u 片體和實(shí)體集成1．縫合片體到實(shí)體； 2．分割和修剪實(shí)體允許轉(zhuǎn)換片體形狀到實(shí)體； 3．從實(shí)體表面抽取片體。在本次建模中，主要用到的是實(shí)體建模部分，即Solid Modeling，下面概述實(shí)體建模部分（Solid Modeling）的基本功能實(shí)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(jì)軟件包括一個(gè)靈活的復(fù)合建模模塊以及功能強(qiáng)大的逼真照相的渲染，動(dòng)畫(huà)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(guó)計(jì)算機(jī)二維繪圖技術(shù)的逐步普及，以三維實(shí)體建模為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)輔助零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)，很多工程設(shè)計(jì)人員已開(kāi)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(jìn)入中國(guó)已經(jīng)有16個(gè)年頭了，在中國(guó)的業(yè)務(wù)有了很大的發(fā)展，中國(guó)己成為遠(yuǎn)東業(yè)務(wù)增長(zhǎng)最快的國(guó)家。多年來(lái)，UGS公司一直在支持美國(guó)通用汽午公司實(shí)施目前全球最大的虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，同時(shí)UG也是日木著名汽車(chē)零部件制造商DFNSO公司的計(jì)算機(jī)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并在全球汽車(chē)行業(yè)得到了應(yīng)用，如Navistar,底特律柴油機(jī)廠、Winnebago和Rorbert Bosch AG等。美國(guó)Unigraphics Solutions公司(簡(jiǎn)稱UGS )的產(chǎn)品主要有為機(jī)械制造企業(yè)提供包括設(shè)計(jì)、分析到制造應(yīng)用的Unigraphics(簡(jiǎn)稱UG )軟件，基于Windows的設(shè)計(jì)與制圖產(chǎn)品solidedge，集團(tuán)級(jí)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(shí)體建模核心parasolid在內(nèi)的產(chǎn)品。后處理是對(duì)計(jì)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(jì)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(diǎn)位移的過(guò)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(shí)體建模，節(jié)點(diǎn)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(jiǎn)便提取信息，了解計(jì)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(lái)講，有限元分析可分為前處理、計(jì)算和后處理三大步。簡(jiǎn)言之，有限元分析可分成三個(gè)階段，前處理、處理和后處理。求解結(jié)果是單元結(jié)點(diǎn)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(duì)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(duì)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(duì)單元構(gòu)造一個(gè)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(xì))則離散域的近似程度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)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(wèn)題的基本步驟通常為:第一步:問(wèn)題及求解域定義根據(jù)實(shí)際問(wèn)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(gè)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(jiǎn)單幾何形狀(如二維 問(wèn)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(gè)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(wèn)題近似方法的根本區(qū)別在于它的近似性僅限于相對(duì)小的子域中。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)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(duì)每一單元假定一個(gè)合適的(較簡(jiǎn)單的)近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件)，從而得到問(wèn)題的解。在一定精度要求下，對(duì)每個(gè)單元用有限多個(gè)參數(shù)來(lái)描述它的力學(xué)特性，而整個(gè)連續(xù)彈性體的力學(xué)特性，可認(rèn)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(jī)床這類機(jī)械產(chǎn)品的剛性問(wèn)題，屬于小變形彈性問(wèn)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(jì)算中的—種離散化方法，用數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，就是從變分原理出發(fā)，通過(guò)分區(qū)插值把二次泛函(能量積分)的極值問(wèn)題化為一組多元線性代數(shù)方程來(lái)求解。隨著計(jì)算機(jī)及計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)必然進(jìn)入到一個(gè)新的階段。因此，近 20 年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，正在設(shè)計(jì)領(lǐng)域中進(jìn)行著一場(chǎng)深刻的革新，如用理論設(shè)計(jì)代替經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，用精確設(shè)計(jì)代替近似設(shè)計(jì)；用優(yōu)化設(shè)計(jì)代替一般設(shè)計(jì)，用動(dòng)態(tài)分析代替靜態(tài)分析等等，而有限元方法為在設(shè)計(jì)階段掌握產(chǎn)品性能提供了強(qiáng)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(qiáng)，目前已成為機(jī)械產(chǎn)品動(dòng)、靜、熱特性分析的重要手段，它的程序包是機(jī)械產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)常用方法庫(kù)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(chǎng)的需求是瞬息多變的，機(jī)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(jì)、制造周期短，質(zhì)量高，成本低，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。主要通過(guò)以下步驟完成：1) 通過(guò)UG等軟件建立輕型汽車(chē)車(chē)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(duì)不同工況下車(chē)架的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行計(jì)算5) 根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，提出改進(jìn)意見(jiàn)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(zhǔn)備工作。利用有限元分析軟件對(duì)車(chē)架的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算分析，為車(chē)架的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)修改提供依據(jù)。車(chē)架作為汽車(chē)的基礎(chǔ)部件，受力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，無(wú)法用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)方法對(duì)其各部分的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算，而采用有限元分析即可對(duì)車(chē)架的靜強(qiáng)度、振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的分析，從而使車(chē)架設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)入到科學(xué)設(shè)計(jì)階段。但車(chē)架的扭轉(zhuǎn)剛度又不宜過(guò)大，否則將使車(chē)架和懸架系統(tǒng)的載荷增大并使汽車(chē)輪胎的接地性變差，使通過(guò)性變壞。車(chē)架也應(yīng)有足夠的強(qiáng)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(yán)重變形和開(kāi)裂。1．3 本文研究的主要內(nèi)容車(chē)架作為汽車(chē)的承載基體，支撐著發(fā)動(dòng)機(jī)、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(jī)件，承受著傳給它的各種力和力矩。再者，車(chē)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(duì)車(chē)架進(jìn)行全面分析，這勢(shì)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(duì)影響車(chē)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的因素進(jìn)行了理論分析基礎(chǔ)上，運(yùn)用懲罰函數(shù)法尋得了汽車(chē)車(chē)架各梁截面參數(shù)的最佳值，但是由于影響汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度的因素很多，如縱梁及橫梁的布置。汽車(chē)車(chē)架結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)是汽車(chē)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(chē)架的縱、橫梁及連接板進(jìn)行離散化，這種結(jié)構(gòu)單元準(zhǔn)確的描述了形狀復(fù)雜的車(chē)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(wèn)題，但是這種模型單元與節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多，前處理工作量大，計(jì)算速度慢。提出了利用車(chē)架模態(tài)分析結(jié)果直接對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)車(chē)架的有限元分析進(jìn)行了大量