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第1章 绪论 1

1.1有限元法概述 1

1.2车辆结构有限元分析的特点 4

1.2.1车辆结构有限元模型的特点 4

1.2.2车辆结构有限元分析的边界条件 6

1.2.3车辆结构有限元分析的载荷 7

1.3车辆结构有限元分析的内容 8

第2章 车辆结构有限元建模技术 11

2.1车辆常用连接方式的自由度耦合方法 11

2.1.1焊接的自由度耦合 11

2.1.2铰接连接的自由度耦合 13

2.1.3加强板的自由度耦合 16

2.2基于位移协调条件的多点自由度约束方程方法 16

2.2.1不同连接方式的位移协调条件 16

2.2.2基于位移协调条件的多点自由度约束方程方法 18

2.2.3目标点及相关单元的确定 19

2.2.4基于形函数的目标点位移自由度 20

2.2.5单元局部坐标系下源点与目标点的自由度耦合方程 22

2.2.6整体坐标系源点与目标点的自由度耦合方程 24

2.2.7实例验证 24

2.3三维实体单元与板壳单元的组合建模方法 28

2.3.1三维实体单元与板壳单元的组合建模概述 28

2.3.2基于约束方程的实体单元与板壳单元组合建模方法 30

2.3.3实体单元与板壳单元的组合单元 34

2.4车架结构参数化建模 39

2.4.1参数化设计与建模 39

2.4.2载货车车架参数化设计 41

2.4.3载货车车架参数化建模系统 43

第3章 边界条件与载荷 50

3.1钢板弹簧悬架的有限元模型 50

3.1.1钢板弹簧悬架模型的基本要求 50

3.1.2常用的几种钢板弹簧悬架有限元模型 52

3.1.3钢板弹簧悬架的有限元模型小结 60

3.2油气弹簧悬架的有限元模型 61

3.2.1油气弹簧悬架的力学特点 61

3.2.2基于优化方法的等轴荷算法 61

3.2.3油气弹簧悬架的载荷等效与辅助约束法 68

3.3基于位移法的轮胎载荷计算方法 81

3.3.1弯曲工况轮胎载荷计算 81

3.3.2扭转工况轮胎载荷计算 83

3.3.3起动/制动工况轮胎载荷计算 84

3.3.4转弯工况轮胎载荷计算 84

3.3.5数值算例 85

3.4制动工况下载货汽车车架垂直载荷计算方法 86

3.4.1模型假设与纵梁分布载荷模式 87

3.4.2不同制动强度的车架纵梁载荷模型 89

3.4.3制动工况车架纵梁载荷的求解算法 93

3.4.4算例 93

3.5整体式车桥有限元分析的位移边界模型 94

3.5.1轴头直接约束法 95

3.5.2辅助支承法 99

3.5.3RBE3约束法 100

3.5.4主要结论 101

第4章 车辆结构的有限元动态分析 102

4.1车辆模态分析 102

4.1.1模态分析基本理论 102

4.1.2车辆模态分析实例 104

4.2车辆结构的谐响应分析 108

4.2.1谐响应分析的计算方法 109

4.2.2发动机不平衡激励下的谐响应分析实例 110

4.3悬架刚度和阻尼对载货车振动特性的影响 112

4.3.1弯曲工况 115

4.3.2扭转工况 117

4.4运动激励下结构动态响应分析的模态叠加法 118

4.4.1传统的转换方法——自由边界法 119

4.4.2一种新的运动激励转换方法——固定边界法 122

4.4.3算例一：平面应力薄板的频率响应分析 125

4.4.4算例二：轻型货车车架在路面不平度激励下的频率响应 128

4.4.5算例三：轻型货车车架过减速带时的瞬态响应 129

4.4.6主要结论 132

第5章 车辆碰撞安全性分析 133

5.1动态显式有限元方法 133

5.1.1动态显式有限元求解控制方程 133

5.1.2空间有限元离散 135

5.1.3显式中心差分算法 136

5.1.4时间步长的控制 138

5.1.5沙漏控制 138

5.1.6接触算法 140

5.2国内外汽车碰撞安全法规及标准简介 141

5.2.1美国NHTSA 142

5.2.2美国IIHS 143

5.2.3日本J-NCAP 144

5.2.4欧洲E-NCAP 144

5.2.5中国C-NCAP 145

5.3电动汽车碰撞安全仿真分析 145

5.3.1几何模型简化 145

5.3.2网格划分 146

5.3.3材料模型的建立 147

5.3.4悬架模型的建立 147

5.3.5轮胎模型的建立 148

5.3.6整车有限元模型的建立 149

5.3.7碰撞仿真结果分析 149

5.4大客车翻滚安全性有限元仿真 154

5.4.1客车侧翻有限元模型的建立 155

5.4.2基于刚体车身假设的碰撞初始条件分析 158

5.4.3客车侧翻试验特点及主要影响因素 160

5.4.4客车侧翻算例 161

5.5座椅—乘员安全性有限元仿真 166

5.5.1座椅抗前倾性能要求 167

5.5.2边界条件及假人 168

5.5.3计算实例 170

第6章 车辆结构的非线性有限元分析 177

6.1车辆结构的弹塑性分析 177

6.1.1弹塑性分析概述 177

6.1.2挂车车轴弹塑性分析 182

6.2车辆结构的接触非线性分析 185

6.2.1接触非线性分析概述 185

6.2.2铆接车架有限元建模 190

6.2.3铆接车架强度分析 193

6.3校车座椅及固定件后倾非线性分析 196

6.3.1校车座椅后倾（静态加载）试验技术条件 197

6.3.2座椅后倾有限元模型 198

6.3.3显式求解结果分析 201

6.4拖拉机驾驶室安全性试验的非线性有限元仿真 204

6.4.1弹塑性材料特性 205

6.4.2仿真过程及结果 206

第7章 车辆噪声的有限元分析 214

7.1车辆噪声概述 214

7.1.1车辆噪声的分类 214

7.1.2噪声的数值分析方法 215

7.2车辆乘坐室声学模态分析 216

7.2.1车辆乘坐室声学模态分析的意义 216

7.2.2声学模态分析基本原理 216

7.2.3车室声腔模态分析实例 218

7.3基于声固耦合的车辆声场频率响应分析 219

7.3.1声固耦合方法的选择 220

7.3.2声固强耦合 221

7.3.3声固弱耦合 221

7.3.4驾驶室声固耦合频率响应分析实例 222

7.4消声器的传声损失分析 225

7.4.1传递导纳理论 226

7.4.2消声器传声损失计算实例 227

参考文献 229