第六章-计算机辅助工程分析modified第六章-计算机辅助工程分析_modified第六章-计算机辅助工程分析_modified第六章-计算机辅助工程分析_modified.ppt

计算机辅助设计与制造 计算机辅助工程分析 本章 学习目标 了解工程分析在CAD/CAM中的重要性 掌握有限元法的基本概念和步骤 学习优化设计概念和常用优化设计方法 理解可靠性分析基本概念和技术方法 学习动态分析概念 学习虚拟样机技术概念和应用 学习内容 有限元分析 优化设计 可靠性分析 系统动态分析 虚拟样机技术 1. 有限元分析 有限元法 有限元法的功用 有限元法的解题思路与步骤 有限元法（FEA，Finite Element Analysis）基于固体流动变分原理，它把一个原来连续的物体剖分成有限个数的单元体，单元体相互在有限个节点上连接，承受等效的节点载荷。计算求解是先按照平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合起来，成为一个组合体，再综合求解 由于剖分单元的个数有限，节点的数目也有限，所以这种方法称为有限元法 有限元模型 节点和单元 有限元求解问题的基本步骤： 定义求解域 求解域离散化 单元推导 等效节点载荷计算 总装求解 联立方程组求解和结果解释 有限元求解问题的基本步骤： 定义求解域 求解域离散化 单元推导 等效节点载荷计算 总装求解 联立方程组求解和结果解释 有限元求解问题的基本步骤： 定义求解域 求解域离散化 单元推导 等效节点载荷计算 总装求解 联立方程组求解和结果解释 有限元求解问题的基本步骤： 定义求解域 求解域离散化 单元推导 等效节点载荷计算 总装求解 联立方程组求解和结果解释 有限元求解问题的基本步骤： 定义求解域 求解域离散化 单元推导 等效节点载荷计算 总装求解 联立方程组求解和结果解释 有限元求解问题的基本步骤： 定义求解域 求解域离散化 单元推导 等效节点载荷计算 总装求解 联立方程组求解和结果解释 有限元法的前置处理 有限元前置处理包括：选择单元类型，划分单元，确定各节点和单元的编号及坐标，确定载荷类型、边界条件、材料性质… 单元类型 经常采用的单元： 线单元 壳单元 二维实体单元 三维实体单元 单元类型 经常采用的单元： 线单元 壳单元 二维实体单元 三维实体单元 单元类型 经常采用的单元： 线单元 壳单元 二维实体单元 三维实体单元 单元类型 经常采用的单元： 线单元 壳单元 二维实体单元 三维实体单元 有限元法的后置处理 有限元分析结束后，由于节点数目多，输出数据量非常庞大，如静态受力分析后节点的位移量、固有频率计算后的振型… 如果靠人工分析这些数据，不仅工作量巨大，容易出错，而且也很不直观 通用有限元分析软件 MSC Ansys 内部物理场的无缝耦合 结构、热、流体与电磁仿真耦合 耦合方式：直接耦合与间接耦合 ADINA 紫瑞CAE FEPG 有限元法工程应用 一. 实现机械零部件的优化设计 对可能的结构方案进行计算，根据计算结果的分析和比较，按强度、刚度和稳定性等要求，对原方案进行修改补充，使其能得到合理的应力、变形分布及经济性好的结构设计方案 2. 优化设计 优化设计基本概念和术语 优化设计的数学模型 常用优化设计方法 优化设计的一般过程 优化设计应用实例 优化设计的基本概念和术语 优化设计要解决的关键问题： 一. 建立工程问题优化设计数学模型 设计变量 目标函数 根据特定目标建立起来、以设计变量为自变量的可计算函数称目标函数。它是设计方案评价标准，也称评价函数 目标函数与设计变量图示关系： 目标函数与设计变量之间的关系可以用几何图形形象地表示 约束条件 数值迭代计算方法 计算机常用的计算方法，也是优化设计的基本数值分析方法 数值迭代是用某个固定公式代入初值后进行反复计算，每次计算后，将计算结果代回公式，使之逐步逼近理论上的精确解，当满足精度要求时，得出与理论解近似的计算结果 优化设计的数学模型 建立数学模型是进行优化设计的关键，其前提是对实际问题的特征或本质加以抽象，再将其表现为数学形态 优化设计的数学模型 建立数学模型是进行优化设计的关键，其前提是对实际问题的特征或本质加以抽象，再将其表现为数学形态 优化设计的数学模型 建立数学模型是进行优化设计的关键，其前提是对实际问题的特征或本