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有限元结构分析 基础知识介绍 作者： 赵 九 峰 赵九峰 ：河南平顶山人，09 年大连理工大学工程机械硕士毕业，CAD/CAE 工 程师，仿真论坛 Ansys WB 版主；主要从事游乐设备设计、计算、有 限元仿真，撰写计算说明书、申报鉴定文件，并对游乐设备设计、制 造、申报鉴定流程提供指导。 1. 掌握三维 Solidworks 的应用技能，熟练应用 Solidworks 的钣金模块、焊件模 块和工程图模块； 2. 熟练使用 ANSYS、Workbench 等做机械相关领域的结构计算和仿真分析； 3. 掌握 LS_DYNA 的冲击分析和 ADAMS 的动力学分析； 4. 熟练使用 ICEM 前处理软件，勾画出任意结构的六面体网格。 九峰游乐设备制造有限公司 2015 年 07 月 为一个专业有限元结构分析人员，应该具备材料力学知识、弹性力学知识、 有限元基本理论，以及有限元程序的使用、材料的使用知识、强度理论（准则） 和行业标准等。 但是对于一般的工程技术人员使用有限元分析技术，至少应该具备一些相关 概念。否则，只会操纵有限元程序，不能解决实际工程问题。 本文简要介绍有限元工程分析所需的基础知识，为一般的工程技术人员使用 有限元分析技术打下基础。更多的知识，尚需读者进一步学习充实自己。 这些基础知识如下： （1）有限元平衡方程建立、求解； （2）有限元计算单元类型的选择； （3）有限元计算单元网格划分； （4）有限元计算边界条件的选取； （5）有限元计算载??的处理； （6）有限元计算取值和工程分析； （7）结构分析相关材料知识； （8）强度理论（准则）和评定标准（已发表）； （9）有限元结构分析程序的使用（待续）。 1.有限元平衡方程建立和求解简介 1.1 有限元平衡方程建立概述 设有一个连续弹性体在外力作用下处于平衡状态。现在我们将这个连续弹性 体分割成有限个单元体，而且每个单元体的性质（几何性质和物理性质）用节点 表达。例如：一个方板分割成 81 个单元，100 个节点，每个节点具有三个自由 度（X 、Y 和 Z 向），共有 300 个自由度。利用几何关系（位移和应变）、物理 关系（应力和应变），而且将外力按照一定的原则（静力等效原则）分配到每个 节点的自由度上。由于连续弹性体处于平衡状态，因此就可利用虚功原理或位能 原理建立一个用节点自由度表达的连续体在外力作用下的平衡方程组（1-1）。 下面用矩阵表达这个方程组，就得到方程（1-2）和方程（1-3）。公式如下：