LiToSim在汽车领域中的应用

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汽车的结构设计是一项综合性工程，涉及结构强度、振动噪声、整车性能、造型等专业领域。其中，汽车结构强度是一项整车可靠性和耐用性重要设计指标，振动噪声是衡量汽车舒适性的重要指标之一。使用有限元软件对汽车重要部件进行强度和振动噪声分析是保障可靠性、舒适性的有效手段。

LiToSim是一款完全自主研发，具有国际先进水平的通用有限元软件。经过不断迭代工业仿真场景，在LiToSim中可以完成车身、底盘系统以及零部件的静强度、弯曲刚度、模态和频率响应等多类CAE分析。

算例1 汽车轮毂弯曲静力学分析

轮毂是汽车的重要组成部件，它承受着车身重力、驱动力、制动力以及汽车转弯时的横向载荷。在汽车的行驶过程中，特别是在高速公路上行驶时，如果车轮裂开会造成严重的交通事故。因此需要对车轮的强度进行分析以确保其具有足够的强度以满足车辆行驶的安全性要求。

本算例参照乘用车车轮性能要求和实验方法要求，模拟实验工况条件，建立轮毂模型并进行弯曲静力学分析。

在LiToSim软件中建立轮毂的有限元模型，如下图所示。材料为弹性材料；单元类型为实体单元。边界条件包括：轮毂单侧轮缘施加固定约束；五个螺栓孔内表面建立刚性耦合；在参考点处施加Z向集中力1400N与X向力矩1400N*m。

轮毂有限元模型

使用LiToSim后处理模块对结果进行分析。画出位移云图与应力云图，最大位移为1.4978e-4m，最大应力为111.26MPa。

轮毂位移云图轮毂应力云图

对模型进行网格灵敏度分析，从下表可以看出LiToSim精度与效率与商用CAE软件在同等水平，对于该类场景完全可以做到国产替代。

精度与效率对比分析

算例2 汽车转向节分析

转向节是汽车底盘部分的重要受力零部件，如下图灰色部位。在车辆的行驶过程中，它不仅承受前轴负载，而且在车辆转向、制动时还要承受条件恶劣的载荷作用，因此对其强度、抗冲击性都有很高的要求。为保证行车安全，对其进行强度分析十分重要，一般要进行侧滑工况、不平路面工况和紧急制动工况等计算。

本算例对汽车的典型转向节零件，建立CAE仿真模型，模拟在紧急制动的特定工况条件下，进行结构静力学仿真分析。

汽车转向节示意图

在LiToSim软件中建立转向节的有限元模型，如下图所示。材料为弹性材料，单元类型为实体单元。边界条件包括三个固定约束和一个刚性耦合，并在参考点处施加相应载荷。

转向节有限元模型

使用LiToSim后处理模块对结果进行分析。画出位移云图与应力云图，最大位移为0.099734mm，最大应力为307.33MPa。

转向节位移云图转向节应力云图

算例3 汽车车门过开分析

汽车前车门是汽车闭合件中的重要部件，在使用中汽车前车门会经历车门过开这样的工况。对其进行变形分析可以判断是否满足设计要求。本算例对汽车前车门，建立CAE仿真模型，在过开工况下，进行非线性变形分析。

在LiToSim软件中建立前车门的有限元模型，如下图所示。材料为弹性材料；单元类型为壳单元。边界条件包括：右侧四个螺栓孔施加固定约束；左侧门锁处建立刚性耦合，并在参考点处施加相应载荷。

前车门有限元模型

使用LiToSim后处理模块对结果进行分析。画出位移云图与应力云图，最大位移为13.452mm，最大应力为190.8MPa。

前车门位移云图前车门应力云图

算例4 汽车副车架模态分析

副车架是汽车悬架系统中重要构件，其强度直接影响到汽车安全。本算例对汽车副车架，建立CAE仿真模型，进行强度和模态分析。

在LiToSim软件中建立副车架的有限元模型，如下图所示。材料为弹性材料，单元类型为壳单元和梁单元。边界条件为：在四个约束点处施加固定约束。在焊点处施加相应的集中载荷。

副车架有限元模型

使用LiToSim后处理模块对强度计算结果进行分析。画出位移云图和应力云图，最大位移为0.27639mm，最大应力为195.21MPa。

副车架位移云图

副车架应力云图

前十阶模态频率计算结果对比如下图。

前十阶模态频率对比

算例5 汽车白车身弯曲刚度分析

白车身弯曲刚度是评估白车身刚性的重要指标。在车身设计中，该指标主要通过CAE仿真评估以及台架试验验证。本算例对汽车白车身，建立CAE仿真模型，进行弯曲刚度分析。

在LiToSim软件中建立白车身的有限元模型，如下图所示。材料为弹性材料；单元类型为壳单元、梁单元和实体单元。边界条件包括：在所有的约束点和加载点处建立刚性耦合，白车身所有部件通过刚性耦合进行约束；在约束点1，2，3，4处施加相应的约束；在2个加载点处施加相应的载荷。

白车身有限元模型

使用LiToSim后处理模块对结果进行分析。画出位移云图和应力云图，最大位移为0.65995mm，最大应力为205MPa。计算精度与计算效率可与大型商用CAE软件对标。

白车身位移云图（变形放大因子为500）

白车身应力云图（变形放大因子为500）

以上案例采用LiToSim软件对汽车领域的静强度分析、非线性变形分析、模态分析和弯曲刚度分析等工况进行高精度求解，求解结果可以对标国外CAE软件。

通过与国内应用单位的大量应用反馈和迭代，LiToSim将持续推进适配汽车各分析领域实际仿真场景的应用。

励颐拓团队秉承独立自主路线，致力推进国产CAE软件发展，打造国产自主可控的CAE软件。

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重庆励颐拓软件有限公司，于2018年7月6日成立，总部位于两江新区中瑞（重庆两江）产业园，在法国巴黎、上海、青岛设有研发中心，同时正在筹备设立成都研发中心。

公司由首席科学家冯志强教授领衔，拥有两院院士及国内外顶级专家组成的顾问团队，并与国内外多个科研团队建立密切合作；公司研发人员占比超过90%，且均为硕士及以上学历。

公司基于冯志强教授团队在理论、模型、算法、软件架构等方面三十余年的技术积累，致力于开发完全自主可控、具有国际先进水平的高端通用CAE软件LiToSim, 并协助不同领域用户开发服务于其核心产品的专用仿真软件，为研究成果积累、行业知识沉淀、CAE人才培养及产品自主创新提供良好的生态环境，为共同打造国产自主可控CAE软件贡献力量。

来源：重庆励颐拓软件有限公司

静力学振动非线性通用汽车理论材料试验螺栓

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首次发布时间：2022-10-20