有限元分析建模及若干问题.ppt

第一页，共三十五页，2022年，8月28日 第九章 有限元分析建模及若干问题 第二页，共三十五页，2022年，8月28日 9-1 有限元分析的基本方法 研究分析对象结构对象 形成计算模型 选择计算分析程序 上 机 试 算 修改模型 修改方案 正式试算，结果分析 计算模型合理？ 结构设计方案？ 设计方案输出 计算结果输出 优化设计 有限元计算及后处理 有限元前处理(建模) 第三页，共三十五页，2022年，8月28日 9-1 有限元分析的基本方法 1)建立实际工程问题的计算模型 利用几何、载荷的对称性简化模型， 建立等效模型 2)选择适当的分析工具 侧重考虑以下几个方面： 物理场耦合问题 大变形 网格重划分 3)前处理(Preprocessing)------ 有限元建模(Finite Element Modeling) 建立几何模型(Geometric Modeling，自下而上，或基本单元组合) 有限单元划分(Meshing)与网格控制 给定约束(Constraint)和载荷(Load) 第四页，共三十五页，2022年，8月28日 9-1 有限元分析的基本方法 4）求解(Solution) 求解方法选择 计算参数设定 计算控制信息设定 5）后处理(Postprocessing)后处理的目的在于分析计算模型是否合理，提出结论。 用可视化方法（等值线、等值面、色块图）分析计算结果，包括位移、应力、应变、温度等； 最大最小值分析； 特殊部位分析。 第五页，共三十五页，2022年，8月28日 9-2 算法与有限元软件 从二十世纪60年代中期以来，大量的理论研究不但拓展了有限元法的应用领域，还开发了许多通用或专用的有限元分析软件。 理论研究的一个重要领域是计算方法的研究，主要有： 大型线性方程组的解法，非线性问题的解法，动力问题计算方法。 目前应用较多的通用有限元软件如下表所列： 软件名称 简介 MSC/Nastran 著名结构分析程序，最初由NASA研制 MSC/Dytran 动力学分析程序 MSC/Marc 非线性分析软件 ANSYS 通用结构分析软件 ADINA 非线性分析软件 ABAQUS 非线性分析软件 另外还有许多针对某类问题的专用有限元软件，例如金属成形分析软件Deform、Autoform，焊接与热处理分析软件SysWeld等。 第六页，共三十五页，2022年，8月28日 9-3 ANSYS简介 大型通用有限元分析软件ANSYS，自1971年推出至今，已经发展功能强大、前后处理和图形功能完备的有限元软件，并广泛地应用于工程领域。可以分析结构、动力学、传热、热力耦合、电磁耦合、流固耦合等领域的问题。 ANSYS采用开放式结构：提供了与CAD软件的接口，用户编程接口UPFs，参数化设计语言APDL。 ANSYS分为系统层，功能模块层两层结构。可以使用图形方式，也可以使用批处理方式。 第七页，共三十五页，2022年，8月28日 9-4 有限元建模的基本内容 有限元建模在一定程度上是一种艺术，是一种物体发生的物理相互作用的直观艺术。一般而言，只有具有丰富经验的人，才能构造出优良的模型。建模时，使用者碰到的主要困难是：要理解分析对象发生的物理行为；要理解各种可利用单元的物理特性；选择适当类型的单元使其与问题的物理行为最接近；理解问题的边界条件、所受载荷类型、数值和位置的处理有时也是困难的。 建模的基本内容： 1、力学问题的分析（平面问题、板壳、杆梁、实体、线性与非线性、流体、流固耦合…..）-----取决于工程专业知识和力学素养。 2、单元类型的选择（高阶元/低阶元？杆/梁元？平面/板壳？ ….. ）-----取决于对问题和单元特性的理解及计算经验 3、模型简化（对称性/反对称性简化、小特征简化、抽象提取、支坐等简化） 4、网格划分（手工、半自动、自动，单元的形状因子？） 5、载荷、约束条件的引入（载荷等效、边界处理） 6、求解控制信息的引入 第八页，共三十五页，2022年，8月28日 9-5 有限元建模的基本流程 载荷、约束 材料 参数化实体造型 基于实体的物理模型 物理属性编辑器 几何元素编辑器 力学属性编辑器 载荷、约束自动等效 力学