基于有限元的轿车发动机罩轻量化分析

蓝色箭头：1.79M Pa 红色箭头：5.45M Pa引言近年来，随着人们对汽车减重和安全性能要求的不断提高，高强度钢板在车身上被广泛应用，以实现汽车减重和提高汽车安全性能的目标。

但是高强度钢板在汽车工业广泛应用的同时，由于它具有较高的屈服强度和抗拉强度，也给汽车覆盖件模具的设计和应用带来了一系列问题，如模具破裂、模具磨损、模具变形以及模具重量增加等[1]。

因此，对汽车覆盖件模具进行有限元分析，为模具的结构改进提供理论依据就显得尤为重要。

1发动机盖凹模有限元模型的建立及静力分析在有限元分析过程中，如何根据实际情况建立最合理的有限元模型是非常重要的一个步骤，一个合理的有限元模型对分析计算结果有很大的影响。

此凹模受到的载荷主要是在凹模曲面、凹模曲面周围挡板及18个支撑圆柱上，所以在进行有限元分析时把长度方向上的限位部件，宽度方向上的吊环等传递很小的作用力的部分可以不考虑。

1.1定义材料属性及划分网格1.1.1定义材料属性ANSYS 中的所有分析都需要输入材料属性。

根据应用的不同，材料特性可以是线性或非线性，各向同性、正交异性或非弹性，不随温度变化或随温度变化。

如单元类型一样，每组材料特性有一个材料参考号。

在一个分析中可能有多个材料特性，ANSYS 通过参考号来识别每种材料特性[2]。

凹模材料为M oCr 铸铁。

本文是对三维凹模进行的静力分析，选用的是三维实体单元，特性参数取为：弹性模量E=1.13e5M Pa ，泊松比μ=0.25，密度ρ=7800kg/m 3，重力加速度g=9.8N/kg 。

1.1.2网格的划分网格的划分是有限元分析计算的基础，也是最重要的一项工作，而且工作量大，耗时多，一个好的有限元模型的网格质量一定要良好。

一个模型的网格如果过差会导致软件在计算时运行中止，而一个质量优良网格的有限元模型得到的分析结果越接近实际。

从理论上来说，网格越密计算越精确，但网格数量越多，计算机求解所需要的时间越长。

基于有限元分析的汽车零部件轻量化设计作者：郭亚鑫来源：《农业技术与装备》 2018年第7期基于有限元分析的汽车零部件轻量化设计郭亚鑫（山西农业大学，山西太谷 030800）摘要文章阐述当前汽车零件轻量化的相关研究，在汽车上采用铝合金实现轻量化效果，提出脚踏板采用铝合金代替传统材料，能够利用软件分析的方法进行校核，这种方法在汽车零部件中实现了推广运用，对于轻量化发展具有一定意义。

关键词有限元分析汽车零部件轻量化设计中图分类号TH122 文献标志码 Adoi:10.3969/j.issn.1673-887X.2018.07.002节约能源已经成为人类社会可持续发展的重要条件，人类在新途径开辟中寻求新的发展方向和模式已成为了当前急需解决的问题。

如今汽车保有量逐年增加，在改善人民生活水平的同时，也会带来一些问题，比如交通事故，能源消耗等，并且人们对于汽车安全舒适度的要求以及环保要求逐渐提高。

1 汽车轻量化的研究方案目前汽车制造逐渐实现轻量化发展，在市场竞争中要想不被淘汰，需要实现汽车轻量化设计。

目前采用材料轻量化和CAE分析的方法，完成汽车结构优化设计。

首先从其轻量化的研究途径上，主要包括三种方法，首先结构优化，能够对设备的结构和部件结构进行改变，能够使结构厚度更具合理性，实现轻量化。

其次，能够利用高强度和密度小的轻质材料代替传统材料，实现汽车自身的轻量化，最后采用先进的制造技术，实现产品轻量化。

首先从结构优化来看，包括三个方法：传统设计方法；新型材料设计；软件分析方法。

软件分析实际上就是将要优化目标函数导入之后，通过运用计算机软件完成自动化分析，获得最优解，能够最大化满足设计需求，但是通过软件得到的结果通常会与实际情况存在一定的差异，需要人为进行后期的改进；运用新型材料实现汽车零部件的轻量化设计。

近年来，随着材料工业的发展，研发了很多新型材料，一些合金材料密度较低，强度高，能够满足原有产品的需求，同时质量相对来说比较轻，利用这些材料可以实现轻量化。

基于有限元法的车架轻量化设计和仿真分析有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种常用的工具。

该方法基于数学模型，将结构划分成一系列小的单元，通过计算每个单元的应力、变形等物理量，反推得到整个结构的力学性能。

在车架轻量化方面，有限元法可以帮助我们快速地找到轻量化的设计方案，并通过仿真分析验证其性能，从而提高车架的安全性和可靠性。

首先，在轻量化设计中，我们需要寻找轻量化的潜在方案。

有限元法可以帮助我们划分车架结构，并计算不同部件的受力情况。

通过对受力情况的分析，我们可以找到那些不必要的部件或重量过剩的区域，从而进行删减。

例如，我们可以尝试使用高强度材料或降低材料使用量等方式来达到轻量化的目的。

其次，在设计轻量化方案后，需要通过仿真分析来验证其性能。

在有限元法中，我们可以将车架结构的物理特性输入到数学模型中，并通过计算得出其应力分布、变形情况等。

通过这种方式，我们可以在实际试验之前，快速地评估轻量化方案的性能，并进行修改和优化。

最后，有限元法还可以帮助我们改进设计方案，以进一步提高车架的性能。

例如，在仿真分析中，我们可以调整材料的类型和厚度，以达到更好的性能。

我们还可以通过优化部件的形状和尺寸，来减少结构的应力集中和变形等问题。

总之，有限元法在车架轻量化设计和仿真分析中是一种非常有效的工具。

通过使用该方法，我们可以快速地找到轻量化方案，并通过性能仿真进行验证和优化，最终提高车架的安全性和可靠性。

为了能更清楚地了解车架轻量化设计和仿真分析的数据，我们可以以一辆小型轿车为例，尝试列出相关数据并进行分析。

首先，我们需要了解该汽车原始的车架结构的总重量、尺寸和材料类型及数量等情况。

假设该汽车的车架总重量为1000千克，尺寸为4000毫米长、1500毫米宽和1500毫米高，使用的材料为钢材和铝材，其中钢材使用量为80%。

我们可以看到，该车架的重量相对较高，需要进行轻量化设计。

接下来，我们可以通过有限元法对该车架进行轻量化设计。

基于有限元分析的轻量化车身设计优化研究随着汽车工业的不断发展，轻量化车身设计越来越受到关注。

轻量化车身设计可以降低汽车质量和能耗，同时提高车辆的安全性能和驾驶舒适性。

为了满足日益增长的市场需求，汽车制造商不断探索新的轻量化技术，其中有限元分析是一种广泛应用于车身设计的技术。

有限元分析是一种数字仿真技术，可用于预测材料和结构的反应和行为。

在轻量化车身设计中，有限元分析可以用于确定材料在负载下的性能，了解应力的传递和变形情况，并优化车身结构和性能。

这种技术不仅可以减少车身重量，而且可以提高车辆的刚度和承载能力。

轻量化车身设计的关键在于选择材料。

合理选择轻量化材料不仅可以减轻车身重量，还可以提高材料强度和刚度。

常用的轻量化材料包括高强度钢、镁合金、铝合金、碳纤维和复合材料等。

针对不同的应用场景和加工成本，汽车制造商需要仔细选择材料和结构。

在有限元分析的基础上，汽车制造商可以针对不同的应用场景进行车身设计优化。

例如，在碰撞测试中，车身的吸能能力是一个非常重要的参数。

为了提高车身的吸能能力，制造商可以选择具有高强度和韧性的材料，并改变车身结构来增加吸能区域。

同时，制造商还可以使用有限元分析来优化车身的裂纹传播路径，减少碰撞后车身的损坏范围。

另一个优化点是降低车身噪音和震动。

汽车在行驶过程中会产生各种噪音和震动，这些不仅影响驾驶舒适性，还会对车身结构造成损伤。

制造商可以使用有限元分析来分析材料和结构的固有频率，选择合适的材料和结构，进而减少车身的噪音和震动。

最后，轻量化车身设计还可以提高车身耐用性和可持续性。

轻量化车身可以减少汽车质量和燃油消耗，同时减少对环境的影响。

为了提高车身的耐用性和可持续性，制造商可以选择具有高耐腐蚀性的材料，并在车身结构上使用高效的防护措施。

总之，基于有限元分析的轻量化车身设计优化是一种有效的技术。

使用这种技术，制造商可以在不牺牲车身性能和安全性能的前提下，实现车身轻量化和优化设计。

基于有限元法的牵引电机端盖轻量化设计近年来，随着节能环保意识的增强和新能源汽车领域的迅猛发展，对于牵引电机轻量化设计的需求也逐渐增加。

牵引电机是新能源汽车中重要的动力装置之一，它的设计对整车的性能和能效有着重要影响。

而牵引电机的端盖作为电机的重要组成部分，承担着保护电机内部零部件和散热的功能，其轻量化设计可以减小电机的总质量，提高整车的能效。

传统的端盖设计方法主要基于经验和试错法，缺乏系统性和科学性。

有限元法是一种广泛应用于工程领域的数值分析方法，它通过将结构划分为有限个单元，建立力学模型，并通过求解有限元方程来得到结构的应力、应变等重要信息，从而实现对结构设计的分析和优化。

在牵引电机端盖轻量化设计中，有限元法可以用于对端盖的结构分析和优化。

首先，通过CAD软件对端盖进行三维建模，并将其导入有限元分析软件中。

然后，根据电机的工作条件和设计要求，配置相应的荷载和边界条件，并进行力学分析。

通过求解有限元方程，可以得到端盖在不同工况下的应力分布、变形情况等参数。

基于有限元分析的结果，可以对端盖的设计进行优化。

例如，可以对材料的选择进行优化，选用高强度、低密度的材料，以提高端盖的强度重量比。

此外，可以通过结构的改进和优化，减小端盖的质量。

例如，可以通过增加端盖的肋骨或者调整端盖的厚度分布来提高其刚度，从而减小材料的使用量。

此外，可以采用空穴轻量化设计方法，在不影响端盖强度的前提下减小其质量。

此外，有限元分析还可以对端盖的热和振动特性进行分析。

牵引电机在工作过程中会产生大量的热量，因此端盖的散热性能是其重要考虑因素之一、通过有限元分析可以得到端盖的温度分布，从而优化散热结构，降低端盖的温升。

同时，有限元分析还可以分析端盖在振动条件下的动态特性，从而优化结构，减小振动响应，提高电机的可靠性和寿命。

综上所述，基于有限元法的牵引电机端盖轻量化设计可以通过对端盖进行结构分析和优化，实现减小电机总质量、提高整车能效的目的。

基于有限元模拟的汽车汽缸头设计优化汽车发动机是现代汽车的核心组成部分之一，其组成要素众多且复杂。

汽车发动机通过对油进行喷射并通过高速旋转的活塞行驶，从而产生动力驱动汽车行驶。

在汽车发动机的所有部分中，汽缸头被认为是耗费最多能源的一部分，同时也是最容易受到损害的部分之一。

汽缸头的设计和制造技术会直接影响发动机性能、燃油效率和发动机寿命等方面。

新型汽车发动机要达到高性能、低能耗、低排放这样的诸多目标，需要采用先进的设计和制造技术。

有限元模拟技术能够提供更快、更准确的汽缸头设计方案，在汽车工程中的应用也越来越普遍。

有限元法（FEA）是一种数值分析计算方法，旨在通过对复杂结构载荷、强度和振动等进行模拟分析来帮助设计师和工程师优化结构、提高性能、延长设备使用寿命等。

有限元分析技术能够有效模拟汽缸头的受力情况，实现适当的优化设计。

汽缸头通常由两个部分组成：缸体和气门机构。

汽缸头的缸体是一个很重要的部分，因为它决定了空燃比（AFR）和压缩比（CR）。

气门机构则包括气门、和气门驱动机构。

这些部分的组合可以影响汽车发动机的燃油效率、输出动力、排放水平和可靠性等性能指标。

为此，汽缸头的设计需要从多个角度考虑。

为了优化这些性能参数，有限元模拟技术能够对不同的设计方案进行研究，提供优化方案。

首先，作为缸体的一个关键组成部分，汽缸头的壁厚是影响发动机安全可靠性的决定性因素之一。

在进行汽缸头设计时，需要考虑其输油、散热、保温等方面的性能。

使用有限元分析技术，可以对材料桶和油门机构进行专业的力学分析操作，确定汽缸头的极限负载情况，从而确保汽缸头的强度和稳定性。

同时，可以选择更轻薄且高强度坚固的材料，来减轻汽车发动机的自重，提高整车燃油效率。

其次，气门机构是另一个重要的设计方面。

通过使用有限元分析技术，可以在汽缸头设计中考虑气门的动力特性，例如惯性、罗茨转矩和多向倾斜等因素。

对这些设计参数的分析有助于更好地管理气门运动的流量特性，从而在汽车发动机的最高转速下获得最佳的性能水平。

汽车车身结构与设计课程设计题目基于ANSYS的轿车引擎盖有限元分析前言有限元分析利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟。

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。

有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元分析的常用软件是ANSYS。

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Creo, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

ANSYS 的技术涵盖多个学科领域。

不论是需要结构分析、流体、热力、电磁学、显式分析、系统仿真还是数据管理，ANSYS 的产品均能为各个行业的企业取得成功助一臂之力。

ANSYS 在所提供的工程仿真工具的广度和数量上堪称绝无仅有。

ANSYS 的成套产品极具灵活性。

不论是为企业中新手还是能手使用；是单套部署还是企业级部署；是首次通过还是复杂分析；是桌面计算、并行计算还是多核计算，这一工程设计的高扩展性均能满足当前与未来的需求。

ANSYS 是唯一一家能提供客户所需能力水平的仿真软件供应商，而且能随此类需求的发展无限扩展。

引擎盖的作用有空气导流，保护发动机及周边管线配件，美观，辅助驾驶视觉，防止意外，特殊用途平台等。

引擎盖在汽车车身结构中起着重要作用，有必要使用有限元法对其进行分析，使其达到应有的最佳性能。

发动机罩的结构轻量化设计徐聪;徐国艳;张立玲【摘要】应用拓扑和形貌联合优化,以及基于DOE灵敏度分析的尺寸优化对发动机罩进行轻量化设计.分析了原发动机罩主要承载状态的刚度和一阶约束模态.两种优化设计方法均以体积最小为目标,弯曲刚度、扭转刚度、侧向刚度和一阶约束模态频率为约束条件.根据优化设计结果,给出了两种轻量化方案.对比优化前后的结构性能,从刚度和一阶约束模态频率角度验证轻量化方案的可行性.CAE分析结果表明,两种方法均可以达到降低发动机罩质量且满足结构性能要求的目的,而且,对此发动机罩尺寸优化的轻量化效果更好.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】5页(P193-196,200)【关键词】发动机罩;轻量化;拓扑优化;形貌优化;DOE;尺寸优化【作者】徐聪;徐国艳;张立玲【作者单位】北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京100191;北京航空航天大学交通科学与工程学院,北京100191;北京汽车股份有限公司汽车研究院,北京101300【正文语种】中文【中图分类】TH16;U463.83+3随着经济和汽车制造业的持续快速发展，汽车保有量大幅增加，所引发的能源和环境问题日益突出，节能减排成为汽车工业发展的必然趋势。

研究表明，汽车轻量化是降低能耗、减少排放的最有效措施之一[1]。

目前，汽车轻量化主要通过采用轻量化材料和轻量化制造工艺[2]，以及对结构进行优化设计来实现[3-4]。

文献[5]基于钢制发动机罩的基本性能要求设计了轻量化的碳纤维复合材料发动机罩；文献[3]依次对汽车传动轴进行拓扑优化和形貌优化，以提高一阶自由模态频率；文献[4]应用DOE对某SUV的白车身进行了基于模态、刚度和强度要求的优化设计。

考虑到更换材料改动较大，所涉及问题较多，成本可能提高，于是，对发动机罩的结构进行优化设计。

发动机罩是车身的主要覆盖件之一，主要由外板、内板、锁扣、锁扣加强板和铰链等组合而成。