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ug有限元分析材料

篇一：UG有限元分析

UG有限元分析

第1章有限元分析方法及nXnastran的由来

1.1有限元分析方法介绍

计算机软硬件技术的迅猛发展，给工程分析、科学研究以至人类社会

带来急剧的革命性变化，数值模拟即为这一技术革命在工程分析、设

计和科学研究中的具体表现。数值模拟技术通过汲取当今计算数学、

力学、计算机图形学和计算机硬件发展的必威体育精装版成果，根据不同行业的

需求，不断扩充、更新和完善。

1.1.1有限单元法的形成

近三十年来，计算机计算能力的飞速提高和数值计算技术的长足进

步，诞生了商业化的有限元数值分析软件，并发展成为一门专门的学

科——计算机辅助工程caE（computeraidedEngineering）。这些商品化

的caE软件具有越来越人性化的操作界面和易用性，使得这一工具的

使用者由学校或研究所的专业人员逐步扩展到企业的产品设计人员

或分析人员，caE在各个工业领域的应用也得到不断普及并逐步向纵

深发展，caE工程仿真在工业设计中的作用变得日益重要。许多行业

中已经将caE分析方法和计算要求设置在产品研发流程中，作为产品

上市前必不可少的环节。caE仿真在产品开发、研制与设计及科学研

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究中已显示出明显的优越性：

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?caE仿真可有效缩短新产品的开发研究周期。虚拟样机的引入减少

了实物样机的试验次数。大幅度地降低产品研发成本。在精确的分析

结果指导下制造出高质量的产品。能够快速对设计变更作出反应。能

充分和cad模型相结合并对不同类型的问题进行分析。能够精确预测

出产品的性能。增加产品和工程的可靠性。采用优化设计，降低材料

的消耗或成本。在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题。模拟

各种试验方案，减少试验时间和经费。进行机械事故分析，查找事故

原因。

2nXnastran基础分析指南

当前流行的商业化caE软件有很多种，国际上早在20世纪50年代末、

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60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析

程序。其中最为著名的是由美国国家宇航局（naSa）在1965年委托

美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的nastran有限元分析系

统。该系统发展至今已有几十个版本，是目前世界上规模最大、功能

最强的有限元分析系统。从那时到现在，世界各地的研究机构和大学

也发展了一批专用或通用有限元分析软件，除了nastran以外，主要

还有德国的aSKa、英国的PaFEc、法国的SYSTUS、美国的aBaQUS、

adina、anSYS、BERSaFE、BoSoR、coSmoS、ELaS、maRc和STaRdYnE

等公司的产品。虽然软件种类繁多，但是万变不离其宗，其核心求解

方法都是有限单元法，也简称为有限元法（FiniteElementmethod）。

在工程技术领域内，经常会遇到两类典型的问题。其中的第一类问题，

可以归结为有限个已知单元体的组合。例如，材料力学中的连续梁、

建筑结构框架和桁架结构，把这类问题称为离散系统。如图1-1所示

的平面桁架结构，是由6个承受轴向力的“杆单元”组成。这种简单

的离散系统可以手工进行求解，而且可以得到其精确的理论解。而对

于类似图1-2所示的这类复杂的离散系统，虽然理论上来说是可解的，

但是由于计算工作量非常庞大，就需要借助计算机技术。

图1-1平面桁架系统图1-2某车身有限元模型

第二类问题，通常可以建立它们应遵循的基本方程，即微分方程和相

应的边界条件。例如弹性力学问题，热传导问题，电磁场问题等。由

于建立基本方程所研究的对象通常是无限小的单元，这类问题称为连

续系统。这里以热传导问题为例做一个简单的说明。

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