前言

笔者从事数值仿真十数年，从最初的结构仿真，到后续的NVH及其余模块仿真。每块都有各自的特点和应用场景，其中最主要的区别在于各自有其独有的分析工况和评价指标。随着产品开发周期的愈加压缩，仿真分析及优化时间也被严重收缩，所以一直在想如何把一些高效的分析和优化方法分享给需要的同仁，最终下决心对一套高效的仿真方法和实战经验进行梳理和总结，于是便有了这本书。

由于每个常用的工具都有其独有的特点，所以在处理时会有所区别。针对高效的超单元方法，更是如此。超单元其实很早就有专家在研究，通过查阅相关文献，20世纪80年代国内就有很多高校教师及研究机构，特别是高校教师相对较多在做这方面的工作。例如，1989年段根宝的《模态综合超单元法的简化解》一文中通过在子结构的固定对接界面最低频率比整体结构基频较高的条件下，导出了模态综合超单元法的简化解，并通过数值运算证明了该方法的有效性。随着各行各业的快速发展，产品的规模也越来越大，产品的开发周期也越来越短，如何高性价比地在极短的时间快速得到仿真结果和提出优化方案，本书以此为主线，基于实际项目进行了总结和阐述。

从开始想整理这部分内容，到最终动手做，中间经历了很多曲折，完全没有想到其工作量之大，一度在思考做这件事的意义和价值。经过反复梳理和提炼，整理出常用工具的超单元方法和实战流程。超单元法到底有哪些优势和效益，如某锂电池完整模型单元数约为651万个，通过采用超单元法进行随机振动分析，分析结果显示完整模型的计算时间为4h5min15s，而采用两种超单元法的计算时间分别为31min6s和32min11s，求解时间降低87.32%，并且结果基本一致。对于整车级的NVH仿真，通常一个近400万个单元的整车模型路噪仿真需要十几小时的时间，若进行优化，则还需要耗费大量的时间，而采用超单元法后，其优化时间将大幅缩短，如路噪优化时间由原先的十几小时缩短至4h以内。

超单元法的灵活应用需要不断地进行项目实战和总结，不仅在建模上，在解决工程问题中同样如此。超单元法不仅适用于汽车、机械等行业，同样适用于其他专业及行业，特别是大模型及数字孪生等新生领域。本书的主要特色和价值

本书主要面向CAE仿真的初级到高级人员，为性能开发和仿真设计人员提供有价值的参考和借鉴。

主要特色

（1） 涵盖当前主流分析软件的各种超单元应用方法和技巧。

（2） 结合实际工程解决方案的思路和逻辑，对解决过程进行详细说明和解答。

（3） 力求文字易懂和具体，详解分析要点和操作步骤。

（4） 将积累多年的实战经验融合到书籍中，力求初学者快速入门，学习路径清晰全面，轻松入门到进阶。

（5） 全面丰富的基础知识讲解、分析思路、分析流程，也十分适合辅助学习其他CAE工具书。

超单元法应用实践——以汽车仿真为例主要价值

各级人员通过本书的学习，可以获得或达到以下能力：

（1） 掌握不同软件超单元的原理和应用方法。

（2） 掌握不同软件超单元仿真的基本原理、逻辑和脉络。

（3） 掌握不同软件超单元仿真的建模流程及细节等。

（4） 掌握汽车整车中超单元的应用实战技巧和优化方法。

（5） 掌握整车级NVH模态、动刚度、传递路径的超单元分析、优化方法及细节。

（6） 掌握超单元在其他行业中的应用方法和实战技巧。

本书的主要内容

本书共10章，主要内容如下：

（1） 详细介绍了超单元的相关理论基础。

（2） OS超单元中的关键字及应用技巧。

（3） OS超单元法在动力电池包中的应用流程和技巧。

（4） Abaqus超单元法在汽车悬臂及支架中的应用流程和技巧。

（5） LSDYNA子模型超单元法在电池挤压中的应用流程和技巧。

（6） LSDYNA子结构超单元法在电池侧柱碰撞中的应用流程和技巧。

（7） Nastran超单元法在汽车开发中的应用流程和技巧。

（8） 超单元法在动力学及动刚度中的应用流程和技巧。

（9） 整车传递路径超单元建模流程及分析方法。

（10） 各种实际工程中的实战技巧和经验总结。

（11） 复合材料建模流程及实战技巧。

（12） 常用的材料特性、单元选择、接触算法等实战技巧。

全书在简要讲解相关理论的基础上，较全面地阐述了各种超单元功能模块的使用方法和技巧，并包含丰富的优化问题的方法和思路，以及工程应用实例。 扫描目录上方的二维码可获取本书配套资源。

本书是学习汽车及其他行业CAE分析技术及超单元应用的必备手册，可作为从事机械、汽车、航空航天、船舶、电子等行业的工程技术人员的自学或参考用书，也可作为理工科院校相关专业师生的教学用书。

致谢

在本书的编写过程中，得到了很多好友的帮助和支持，特别感谢我的爱人赵德云女士，感谢她的帮助和支持，感谢我的孩子们的理解和支持。

衷心感谢汤晖老师和清华大学出版社赵佳霓编辑在图书出版过程中给予的帮助和指导。

在本书的编写过程中，参考了一些相关的书籍和文献文档，在此感谢这些作者的劳动和付出。

由于笔者水平有限，书中难免出现错误和疏漏，敬请各位专家和广大读者批评指正。

最后，由衷感谢一路以来支持、鼓励和鞭策过我的广大朋友们；希望这本书能为您高效仿真提供点支持，也希望更多的同行分享自己的专业知识和经验。

成传胜2024年11月