電動汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)的有限元分析方法設(shè)計

　　這篇機(jī)械工程師論文發(fā)表了電動汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析方法原理和相關(guān)流程，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車在人們的日常生活中占據(jù)越來越重要的位置，電動汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)要求也越來越高。論文主要分析了有限元方法，探討了電動汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，給出了電動汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析策略。

　　【關(guān)鍵詞】機(jī)械工程師論文,電動汽車,機(jī)械結(jié)構(gòu),有限元法

　　一、有限元法概況

　　1.有限元分析方法的原理

　　有限元法首先應(yīng)用于結(jié)構(gòu)力學(xué)，隨后隨著計算機(jī)的發(fā)展，它逐漸用于流體力學(xué)的數(shù)值模擬。在有限元方法中，計算域被離散地劃分為有限數(shù)量的相互不重疊和互連的單元，并且在每個單元中選擇基函數(shù)。使用元素基函數(shù)的線性組合來近似元素中的真實解，整個計算域的整體基函數(shù)可以看作由每個元素基函數(shù)組成。然后，可以將整個計算域中的解決方案視為由所有元素的近似解決方案組成。在河流數(shù)值模擬中，常用的有限元計算方法是Ritz方法和Galerkin方法，由變分法和加權(quán)殘值法開發(fā)的最小二乘法。根據(jù)所使用的權(quán)重函數(shù)和插值函數(shù)，有限元方法也被分成各種計算格式。

　　從權(quán)重函數(shù)的選擇，有配置方法，矩量法，最小二乘法和Galerkin方法。除了單元格網(wǎng)格的形狀，還有三角形網(wǎng)格，四邊形網(wǎng)格和多邊形網(wǎng)格。除了插值函數(shù)的精度外，它還分為線性插值函數(shù)和高階插值函數(shù)。不同的組合也形成不同的有限元計算格式。對于權(quán)函數(shù)，Galerkin方法將權(quán)函數(shù)作為近似函數(shù)中的基函數(shù);最小二乘法是使權(quán)重函數(shù)等于邊際本身，內(nèi)積的最小值是代理系數(shù)的最小平方誤差;在配置方法中，首先在計算域中選擇N個配置點，讓近似解決方案嚴(yán)格滿足所選N個配置點處的微分方程，即，在配置點處使方程余量為0。插值函數(shù)通常由不同冪的多項式組成，但也有三角函數(shù)或指數(shù)函數(shù)的乘積表示，但最常用的多項式插值函數(shù)。

　　有限元插值函數(shù)分為兩類。另一個不僅需要插值多項式本身，而且還要求其導(dǎo)數(shù)值在插值點處取一個已知值，稱為Hermite多項式插值。單位坐標(biāo)是笛卡爾坐標(biāo)笛卡爾坐標(biāo)和無量綱自然坐標(biāo)，具有對稱性和不對稱性。經(jīng)常使用的無量綱坐標(biāo)是局部坐標(biāo)系，其定義取決于元素的幾何形狀，一個維度作為長度比，兩個維度作為面積比，三個維度作為體積比。在二維有限元中，最早應(yīng)用三角形單元，近期四邊形等參單元的應(yīng)用也越來越廣泛。對于二維三角形和四邊形電源單元，常用的插值函數(shù)是笛卡爾坐標(biāo)系中的拉格朗日插值。線性插值函數(shù)和二階或更高階插值函數(shù)，區(qū)域坐標(biāo)系中的線性插值函數(shù)，二階或更高階插值函數(shù)。

　　2.分析方法

　　(1)物體的離散化，主要是在工程分析過程中，項目的結(jié)構(gòu)被離散化為由不同單元組成的計算模型。各個單元模型通過節(jié)點連接，節(jié)點的確定由實際變形形式的需要和計算的準(zhǔn)確性決定。(2)選擇位移模式為了合理選擇有限元節(jié)點，位移法主要是實現(xiàn)計算的自動化，廣泛應(yīng)用于有限元分析。(3)分析機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)，合理分析材料的性質(zhì)，形狀和尺寸。確保每個單元的機(jī)械性能滿足汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的強(qiáng)度和剛度要求。通過元素節(jié)點建立整個機(jī)械結(jié)構(gòu)的力學(xué)方程是很重要的。(4)對等效節(jié)點力的計算，在對汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化之后，對于等效的節(jié)點力進(jìn)行確定，保證力的傳遞可以做到準(zhǔn)確，不會出現(xiàn)力分布不均衡的情況。

　　3.應(yīng)用主要應(yīng)用在固體力學(xué)、流體力學(xué)以及熱的傳導(dǎo)、電磁學(xué)等方面，在整個汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計中有著很廣泛的應(yīng)用，可以對汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性和強(qiáng)度進(jìn)行計算，保證汽車運行的安全。

　　二、電動汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)的有限元分析

　　1.有限元分析一般流程

　　(1)開發(fā)有限元分析程序，包括確定分析的對象，類型和目的。(2)應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)模型，汽車結(jié)構(gòu)模型的信息結(jié)構(gòu)，包括CAD模型，材料屬性，載荷條件，邊界約束和連接關(guān)系等。(3)通過原型試驗進(jìn)行有限元模型試驗后，如果試驗結(jié)果達(dá)到預(yù)期效果，則可以確定模型。(4)分析實驗，修改和優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，歸檔整個有限元分析，完成分析任務(wù)。

　　2.汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及剛度分析為了保證汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，必須對材料的疲勞性能、斷裂韌性以及發(fā)生撞車時能夠吸收的能量進(jìn)行嚴(yán)格的分析，保證設(shè)計材料的剛性和強(qiáng)度能夠滿足汽車機(jī)械設(shè)計的要求，如果對于汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計正確的話，那么汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)的材料都具有很好的吸收沖擊力的能力，在發(fā)生變形的初級階段都可以經(jīng)過一定的形變對沖擊能量進(jìn)行吸收。

　　汽車的強(qiáng)度主要在于承受的載荷的大小，一般表示機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度主要是工作應(yīng)力的峰值，汽車結(jié)構(gòu)的剛度是指汽車在運行過程中允許的形變范圍，是結(jié)構(gòu)的抵抗變形的能力，對于保證乘客的生命安全有著重要的作用。在進(jìn)行汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計時對于剛度是整個設(shè)計應(yīng)該注意的主要問題，如果剛度滿足要求，那么強(qiáng)度也可以達(dá)到要求。我國對于汽車高強(qiáng)度鋼板的設(shè)計要求為，對于普通的高強(qiáng)度鋼板來說，抗拉能力以及屈服強(qiáng)度的要求較低，通過一定的傳統(tǒng)工藝即可將普通強(qiáng)度的鋼板設(shè)計成高強(qiáng)度鋼板。對于很多先進(jìn)的高強(qiáng)度鋼板需要借助先進(jìn)的設(shè)備及相關(guān)的工藝方法，才能生產(chǎn)出來。例如，雙相鋼板、復(fù)相鋼板等。

　　3.汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元的分析過程主要分為四個階段，首先進(jìn)行樣車的運行試驗以及分析，保證對于整車的結(jié)構(gòu)有一定的了解。其次，進(jìn)行概念設(shè)計，保證有限元模型的設(shè)計滿足相應(yīng)的感念。再者，對于整個設(shè)計階段進(jìn)行合理的劃分，然后對階段進(jìn)行相關(guān)的分析。最后，對于產(chǎn)品的批量生產(chǎn)進(jìn)行設(shè)計的改進(jìn)，保證汽車機(jī)械設(shè)計可以滿足運行要求。機(jī)械結(jié)構(gòu)的剛性分析應(yīng)對其力學(xué)性能進(jìn)行有限元分析，以確保有限元輸出預(yù)實驗的預(yù)期物理量是相同的。對于強(qiáng)度的有限元分析，主要考Mises應(yīng)力，分析變形能量的分布率和水平。汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)的抗疲勞能力可以保證滿足車輛運行的要求。

　　結(jié)束語：需要設(shè)計電動車輛的機(jī)械結(jié)構(gòu)以滿足高壓動力驅(qū)動系統(tǒng)所需的強(qiáng)度和振動要求。為確保電動汽車的安全，不會有泄漏，影響駕駛員的安全。在設(shè)計過程中使用有限元分析方法進(jìn)行分析，掌握設(shè)計要求以滿足實際設(shè)計需求。確保電動汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度符合要求。在電動汽車機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)方面，中國與發(fā)達(dá)國家之間仍存在一定差距。因此，應(yīng)在設(shè)計中研究先進(jìn)技術(shù)，以促進(jìn)中國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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　　推薦閱讀：《機(jī)械研究與應(yīng)用》雜志曾獲甘肅省優(yōu)秀科技期刊稱號，雙月刊，是甘肅省機(jī)械行業(yè)唯一代表性的、國內(nèi)外公開發(fā)行的科技期刊。

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