由于工作原因，近期不少的同事針對(duì)底盤結(jié)構(gòu)件CAE 咨詢老李，有關(guān)于方法的，有關(guān)于概念的，還有關(guān)于操作軟件的。在此老李覺得有必要對(duì)乘用車底盤常用的CAE 做一個(gè)簡(jiǎn)單的解讀，我們拋開不同軟件的操作方法?？词挛锉举|(zhì)，那就是底盤部件CAE類型。

1） 靜應(yīng)力分析

靜應(yīng)力分析，也稱為線性靜態(tài)分析。這是最簡(jiǎn)單的一種強(qiáng)度校核，主要是計(jì)算在固定不變的載荷作用下，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)（位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力），不考慮慣性和阻尼的影響；是假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時(shí)間的變化非常緩慢。靜應(yīng)力分析中，假定結(jié)構(gòu)中的工作應(yīng)力小于結(jié)構(gòu)材料的屈服應(yīng)力，因此應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系服從虎克定理，具有線性關(guān)系．同時(shí)結(jié)構(gòu)的變形（位移）相對(duì)結(jié)構(gòu)的總體尺寸來說，又是很小的，所以問題可以用線性方程計(jì)算。從應(yīng)用的角度看，多數(shù)情況下，靜應(yīng)力分析是評(píng)估很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的最有效的方法。底盤一切的結(jié)構(gòu)件都適用于靜應(yīng)力分析，比如轉(zhuǎn)向節(jié)、擺臂、副車架…...

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 2 )模態(tài)分析

模態(tài)也就是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)形態(tài)，也稱為振型。每一個(gè)自由振動(dòng)的固有頻率都對(duì)應(yīng)一個(gè)振型，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)件都是連續(xù)體，具有無限多的自由度（如果深究下去可以到分子、 原子層級(jí)的數(shù)量），所以其模態(tài)具有無窮階。但汽車上通常所面對(duì)的頻率非常有限，所以研究太高頻率的模態(tài)并無太大意義，即使高頻的噪聲振動(dòng)，通常限制在20000HZ 以下（自行思考原因）。有限單元法就是一種近似方法，可以比較正確的計(jì)算出足夠多的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)。有限元中模態(tài)分析的本質(zhì)是求方程的特征值問題，所分析的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)的“階數(shù)” 就是指要求的對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)方程的特征值的個(gè)數(shù)。將特征值從小到大排列就是階次。

模態(tài)分析的目標(biāo)是確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，即系統(tǒng)的各階固有頻率和振型，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力特性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

3） 屈服分析

在工程中，有一些承受較大壓應(yīng)力的細(xì)薄結(jié)構(gòu)、細(xì)長(zhǎng)桿件。當(dāng)它們所受到的壓應(yīng)力達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，原來的平衡狀態(tài)就會(huì)變得不穩(wěn)定，受壓的直桿會(huì)因?yàn)槭シ€(wěn)定性而變彎曲。屈曲分析就是一種用于確定結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性的臨界載荷和屈曲模態(tài)形狀的技術(shù)。廣泛應(yīng)用于細(xì)薄結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析中。汽車底盤中最典型的莫過于橫向穩(wěn)定桿的連接桿。

曲屈分為：線性屈曲 、側(cè)扭屈曲、扭轉(zhuǎn)屈曲。

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4）疲勞分析

疲勞是指結(jié)構(gòu)在低于靜態(tài)強(qiáng)度極限的載荷重復(fù)作用下出現(xiàn)初始裂紋，裂紋擴(kuò)展，直到裂紋疲勞斷裂的現(xiàn)象；影響疲勞破壞的原因很多，主要考慮的是載荷的循環(huán)特征和循環(huán)次數(shù)，構(gòu)件材料的疲勞特性，構(gòu)件的應(yīng)力分布，以及構(gòu)件的形狀，大小尺寸以及材料表面熱處理等因素。

汽車底盤中所有的受力部件實(shí)際上都在承受疲勞的困擾，而疲勞卻又是最難去分析的，因?yàn)樗蝗珈o應(yīng)力分析那般直觀的體現(xiàn)出應(yīng)力、應(yīng)變。此外疲勞分析的載荷，是需要采集道路普,還需要完善材料的疲勞參數(shù)…...這一切都讓疲勞分析在實(shí)際中的應(yīng)用遇到很大困難，所以疲勞分析的普及率并不太高。更多的還是結(jié)構(gòu)件樣品出來后的疲勞試驗(yàn)…....

疲勞分析結(jié)果主要有：應(yīng)力安全因子，疲勞安全因子和疲勞壽命。

 5）動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析

模態(tài)分析是尋求結(jié)構(gòu)的固有頻率和振動(dòng)特性。而動(dòng)態(tài)響應(yīng)則是分析具有該固有頻率和振動(dòng)形態(tài)的結(jié)構(gòu)在受到動(dòng)載荷時(shí)的響應(yīng)，特征點(diǎn)的位移、速度、加速度及變化規(guī)律，所以模態(tài)分析是動(dòng)態(tài)響應(yīng)的前提條件。

根據(jù)動(dòng)載荷的不同，動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算主要分以下幾類：

穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析：穩(wěn)態(tài)響應(yīng)分析限于線彈性結(jié)構(gòu)，主要用于計(jì)算結(jié)構(gòu)在簡(jiǎn)諧激勵(lì)作用下的穩(wěn)態(tài)動(dòng)力響應(yīng)。頻率響應(yīng)分析中，這里的激勵(lì)可以分為兩種，第一類是施加在結(jié)構(gòu)上的載荷，比如隨時(shí)間諧函數(shù)的力，需要指定它的大小，頻率和相位。第二類是整個(gè)結(jié)構(gòu)所在環(huán)境的隨著時(shí)間諧函數(shù)的加速度。比如安裝在平臺(tái)上的支架，并不受載荷，但整個(gè)平臺(tái)存在某個(gè)頻率、某加速度振動(dòng)的情況。支架在這種環(huán)境下的響應(yīng)，是否共振就是我們分析的目的。

瞬態(tài)響應(yīng)學(xué)分析：也稱時(shí)間歷程分析，用于確定結(jié)構(gòu)在承受任意隨時(shí)間變化載荷后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。主要考察結(jié)構(gòu)在瞬間沖擊載荷、加速度作用后的收斂速度，間接的表征出系統(tǒng)抗擾動(dòng)的能力。如同穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，瞬態(tài)響應(yīng)的激勵(lì)也可以來自瞬間的沖擊載荷、也可以來自整個(gè)系統(tǒng)的瞬間加速度。

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6）熱傳導(dǎo)分析

熱傳導(dǎo)分析通常用來校驗(yàn)結(jié)構(gòu)零件在熱能輸入條件或熱環(huán)境下的產(chǎn)品特性， 可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度分布狀況，并直觀地看到結(jié)構(gòu)內(nèi)潛熱、熱點(diǎn)位置及分布。膨脹應(yīng)力、應(yīng)變的情況。主要作用是找出應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)件受熱變形的結(jié)構(gòu)形狀、提高散熱手段或絕熱處理或用其它方法優(yōu)化產(chǎn)品的熱性能。對(duì)于汽車底盤件來說，最典型的莫過于制動(dòng)盤的受熱翹曲分析。

 7)優(yōu)化設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)優(yōu)化是為滿足特定優(yōu)選目標(biāo)，如重量最輕、剛度最大、頻率最高…...等等的綜合設(shè)計(jì)過程,這些優(yōu)選目標(biāo)稱之為設(shè)計(jì)目標(biāo)。優(yōu)化設(shè)計(jì)可以分為拓?fù)鋬?yōu)化、形貌優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化等等。

優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，其實(shí)就是一個(gè)不斷的折中、妥協(xié)的過程。舉例說明，對(duì)于一個(gè)受力結(jié)構(gòu)，我們知道表面一層材料，其利用率最高。所以如果不加限制，優(yōu)化的結(jié)果就是一個(gè)空心的部件。但這樣的部件在加工制造上卻面臨著巨大的挑戰(zhàn)，如果添加了制造的約束（比如拔模、壁厚等等）約束，優(yōu)化工作就會(huì)在這個(gè)圈定的范圍內(nèi)找出最合理的材料分布。優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束可以是無數(shù)多個(gè)，但目標(biāo)一定是單一目標(biāo)。不能設(shè)定如剛度最大、而材料最省這樣的雙目標(biāo)，所以我們優(yōu)化的時(shí)候可以將多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為多約束但目標(biāo)，比如我們可以將上面的雙目標(biāo)，轉(zhuǎn)化為，在保留材料不大于20% 總體材料約束下，剛度最大…...