《车辆CAE》

一、课程介绍

《车辆CAE》是为车辆工程专业本科生开设的一门专业任选课。需要学生先期掌握材料力学、理论力学及线性代数的基本知识。通过本门课程的学习，使学生了解一维杆系单元的基本原理和相应的计算方法，初步了解有限元在汽车设计流程中的重要作用，掌握汽车覆盖件的建模方法和计算过程。通过课程的讲授、程序应用与实践，使学生具备将有限元方法运用于实际汽车设计的基本能力，为进行毕业设计、有限元仿真研究及阅读相关文献奠定基础，满足汽车工程专业人才培养的教学要求。

Introduction

CAE design for Vehicle is a specialized elective course for undergraduate students majoring in Vehicle Engineering. This course concentrates only on certain finite element procedure, namely, on techniques that is useful in engineering practice. It is adequate for students to have learned material mechanics, theoretical mechanics and linear algebra. These methods are introduced in computer aided that they can be taught effectively to the students. An important aspect of a linear element procedure is its reliability, so that the method can be used in many aspects. The course emphasizes this point throughout the presentations and concentrates on finite element produces that are general and reliable for engineering analysis.

课程基本信息

二、教学大纲

1、教学目标

1.1 教学目标

通过向学生解读教学大纲，使学生了解有限元在汽车设计中流程化、标准化、规模化、集成化的发展趋势和重要作用，掌握汽车结构有限元分析流程、知晓分析对象、掌握建模方法和学习分析准则，从而了解有限元理论，掌握有限元方法。能够借助有限元商业软件对复杂车身结构问题进行建模、仿真模拟、实验设计；理解仿真结果的正确性和局限性，在以后的工作中严谨、认真，具备设计工程人员所应具有的良好素质。

本课程达成如下业务能力培养要求：

1. 能够基于有限单元法对复杂工程问题进行研究，并制定研究方案。掌握有限单元法的含义、设计方法和线性、非线性分析的基本要求，能够运用基本线性静力学原理建立一维有限元计算模型，对杆系单元如桁架、梁等结构进行单元划分和应力、应变计算。

2. 能够针对车辆工程领域中复杂工程问题，通过商用有限元软件进行仿真模拟，并能够理解其局限性。能够运用有限单元软件对汽车零部件结构进行设计。了解相关标准法规要求，具有较开阔的视野，建立起综合考虑各种因素进行工程问题分析的理念。

1.2 教学目标与毕业要求指标点对应关系

表1 教学目标与毕业要求指标点对应关系

2、教学要求

教师要积极备课，根据科技发展不断更新课程内容，认真准备实验；在课堂内进行大纲解读，使学生理解本课程具体的课程目标，掌握知识具有自主学习的能力；对课程内容要融会贯通，切忌照本（幕）宣科。注重知识的拓展，并在课堂上加强思政教育，使学生具有爱岗敬业的奋斗精神。

通过理论知识教学，结合典型实例分析，充分利用多媒体动画教学使学生掌握理论知识，具备分析问题解决问题的能力。通过实验教学培养学生动手操作能力，了解实验过程，具备工程实践基础。

成绩评价体系标准真实、严谨、公平、公正、公开，能促使学生学习的积极性。

3、预备知识或先修课程要求

材料力学
4、教学方式

表2教学方法（与教学目标对应）

5、实验环境和设备

电脑。

6、课程教学内容及学时分配

6.1教学内容及学时分配

第一章 引论（5学时）

本章重点：掌握有限单元法的基本理论知识，了解汽车设计过程中有限元的应用范围，补充相关的力学及数学知识

第一节 有限元法简介

第二节 有限元法在工业和汽车行业中的应用

第三节 有限元法的基本思想

第四节 有限元分析的力学基础

第二章  杆系结构有限元模型的建立（5学时）

本章重点：直接刚度法的原理和刚度矩阵概念。

第一节 直接刚度法

第二节 杆系结构的有限元离散化

第三节 杆系结构有限元模型数据的描述

第三章  平面桁架线性静力分析有限元法原理（4学时） 

本章重点：有限元单元坐标系与整体坐标的存在意义，不同坐标系之间的转换方式，单元局部坐标系下的一维拉压杆单元刚度矩阵推导方法。

第一节 坐标系及其变换

第二节 杆单元方程分析

第三节 桁架杆结构的整体分析

第四节 约束处理及存储问题讨论

第四章 平面刚架线性静力分析有限元法原理（6学时）

本章重点：虚位移原理与叠加（迭加）原理。 单元坐标系下基本杆单元刚度方程建立、梁上载荷的处理及梁截面内力的计算。

  第一节 虚位移原理与叠加（迭加）原理

第二节 单元坐标系下基本杆单元刚度方程的一般表示

第三节 拉压杆单元及扭转杆单元的分析

第四节 只计弯曲的杆单元的分析

第五节 平面梁单元的分析

第六节 梁上载荷的处理及梁各截面内力的计算

第七节 空间梁单元的基本介绍

第五章 应用MATLAB进行杆件结构的线性静力分析（2学时）

本章重点：以杆系结构有限元模型数据描述为基础，建立杆系结构线性静力分析有限元法程序设计框架。

第一节 MATLAB基本命令及操作

第二节 MATLAB的二维绘图操作

第三节 平面桁架有限元分析的.m文件编辑

第六章 有限元法在车辆工程中的应用（6学时）

本章重点：具体说明单元建立过程中的注意事项；模态分析的数学原理。

第一节 车辆专业中常用的商用软件和特点

第二节 有限元建模的实际考虑

第三节  弹性问题的有限元分析及软件操作

第四节  模态分析理论知识及软件操作

第五节   结构优化分析理论及软件操作

6.2教学内容与教学目标

表3 教学内容与教学目标对应关系

7、实验项目内容、学时分配、实验小组

表4实验项目一览表

8、考核要求、考核方式及成绩评定标准

8.1考核方法

表5考核方法（与教学目标对应）

8.2考核标准

8.3成绩评定

（1）课程作业

采用百分制。由教师根据两次作业的实际完成情况，给出成绩。

（2）课程实验

打分采用百分制。课程实验成绩包括：现场操作成绩（40分）、实验报告成绩（60分）最终实验成绩按照五分制给定。

最终实验成绩按照五分制给定。优≥90、90>良≥80、80>中≥70、70>及格≥60、不及格＜60

表7《车辆CAE》课程实验评分标准

（3）成绩评定

本课程考核性质为考查，综合考虑作业、实践实验的表现确定总成绩，成绩分为优秀、良好、中等、合格和不合格五个等级，计算公式如下：

总成绩=课程作业1（30%）+课程作业2（30%）+实践实验（40%）。

无实验成绩，总成绩为不及格。