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FEA分析

概述

有限元法(FEA)是随着电子计算机的使用而发展起来的一种有效的数值计算方法。这种方法大约起源于20世纪50年代的飞机结构矩阵分析。而随着计算机软硬件水平的提高,求解离散系统问题变得容易起来,即使对于连续系统,只要单元数目选择合适也是如此。工程上处理连续体问题的方法一般是将连续系统离散化,使连续系统变成离散系统,从而可以采用解决离散系统问题的方法,用计算机进行处理。这种离散当然仍带有近似性,但是,当离散变量的数目很大时,离散系统的分析结果可以逼近真实的连续解。有限元法就是用于求解连续系统问题的一种离散化方法。

有限元方法将一个物体划分为由许多小的单元(有限单元)组成的离散系统,这些单元以多个节点相互连接,这个过程叫做离散化。通过建立每一个有限单元的方程,并组合这些方程而得出对应整个物体的问题的解答。目前,有限元法已成为工程设计中不可或缺的一种重要方法,在结构问题分析方面应用的尤为广泛,例如大型结构受力分析、变形分析、振动分析;在非结构问题分析方面较典型的包括失效分析、传热分析、电磁场分析、流体流动(包括通过多孔材料的渗流)分析等;甚至于在某些生物力学工程问题的分析中也使用的越来越多,例如人的脊柱、头骨、股关节、颌面移植、树胶牙齿移植、心脏和眼的分析等等。

有限元法的优点

有限元法已应用于大量的工程问题分析,既包括结构问题,也包括非结构问题,该方法具有很多优点,这包括:

该方法建立于严格的理论基础上具有良好的可靠性

能够方便地模拟不规则形状的结构

可以毫无困难地处理一般的荷载条件

由于单元方程是单个建立的,因此可以模拟由几种不同材料构成的物体

可以处理数量不受限制的和各种类型的边界条件

单元的尺寸大小可以变化,必要时可使用小单元

改变有限元模型比较容易,花费不大

可包括动态作用

可处理大变形和非线性材料带来的非线性

有限元法的基本思想

结构离散------单元分析------整体分析

有限元法的基本思想可以用下述几点进行说明:

a)假想将连续系统划分成有限数目的单元,单元之间只在数目有限的节点处相互连接,以一个单元集合体代替原来的连续系统。在节点上引进等效载荷(或其它边界条件),代替实际作用于连续系统上的外载荷(或其它边界条件)。这一处理称为“结构离散化”。

b)对每个单元按一定的规则(由物理学关系或函数关系)建立求解节点上的未知量(比如位移)与节点上的已知量(比如作用力)之间的关系(力—位移、热量—温度、电压—电流等)。这一处理称为“单元分析”。

c)将所有单元的这种特性关系按一定条件(变形协调条件、连续条件或变分原理及能量原理)集合起来,引入边界条件,构成一组以节点未知量(位移、温度、电压等)为变量的代数方程组,求解之得到有限个节点的待求变量。这一处理称为“整体分析”。

所以,有限元法实质上是将具有无限个自由度的连续系统,理想化处理为只有有限个自由度的单元集合体,使问题转化为适合于数值求解的结构型问题。

有限元法的基本思想是结构离散——单元分析——整体分析,对应到实际的工程应用当中则表现为:随着软件水平的不断发展,在上述三方面都分别出现了性能卓越的专用工具,能很好的解决仿真分析中的多数问题,同时,随着用户对设计要求的提高以及对研发周期的诸多限制,在前处理-求解-后处理这一基本过程中,又逐步的将优化以及数据和流程管理等引入进来,形成了更加丰富和高效的仿真分析流程。 上海唯析专注于CAE工程咨询服务的公司,在仿真分析方面具备丰富项目经验,已经成功地为航空航天、兵器、船舶、汽车、电子、轨道交通、石油石化土木建筑、装备制造、生物医疗等诸多领域的重要客户

完成了其所需的CAE咨询服务和相应的技术培训,并达到了预期的目标和要求。在不断的积累和应用过程中,我们已经形成了成熟的有限元分析解决方案:

上海唯析能够提供的FEA技术服务涵盖了结构、流体、电机电磁、注塑成型等多个学科的典型问题:

• 结构静强度分析

• 结构振动、模态分析、稳态瞬态响应分析

• 高度复杂非线性分析

• 柔性多体动力学分析

• 跌落、碰撞、爆炸和冲击分析

• 结构屈曲稳定性分析

• 质量扩散分析

• 材料失效和断裂分析(扩展有限元-XFEM、虚拟裂纹闭合、渐进式材料失效)

• 显式-隐式联合分析

• 成型过程分析

• 结构屈曲和失稳分析

• 结构疲劳和耐久性分析

• 热传导、对流、辐射分析

• 设计灵敏度分析

• 流体分析

• 注塑成型分析

• 电机电磁分析

• 多场耦合分析(热/力耦合,热/电耦合,压/电耦合,流/力耦合,声/力耦合,电磁等)

• 有限元基础理论培训

• 软件二次开发及自定制

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