《有限元分析技术》课件_第一章 有限元分析技术.pptx

1.1CAE概念与分类

1.2CAE技术及其应用

1.3CAE系统的发展

1.4有限元法基础理论

1.5ANSYS的发展与应用领域

1.6ANSYS软件的组成与特点

1.7ANSYS主要分析产品系列

1.8ANSYS的安装与启动 ;1.1CAE概念与分类;CAE是ComputerAidedEngineering的缩写，是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术。

CAE的核心技术是有限元理论和数值计算方法。

CAE软件是由计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工程管理学与计算机技术相结合而形成的一种综合性、知识密集型信息产品。

经过几十年的发展，CAE软件分析的对象逐渐由线性系统发展到非线性系统，由单一的物理场发展到多场耦合系统，并在航空、航天、机械、建筑、土木工程、爆破等领域获得了成功的应用。随着计算机技术、CAD技术、CAPP技术、CAM技术、PDM技术和ERP技术的发展，CAE技术逐渐与它们相互渗透，向多种信息技术的集成方向发展。

;对CAE进一步分析，其在机械工程学科的具体含义表现为以下几个方面：

(1)运用工程数值分析中的有限元等技术分析计算产品结构的应力、变形等物理场量，给出整个物理场量在空间与时间上的分布，实现结构从线性、静力计算分析到非线性、动力的计算分析。

(2)运用过程优化设计的方法在满足工艺、设计的约束条件下，对产品的结构、工艺参数、结构形状参数进行优化设计，使产品结构性能、工艺过程达到最优。

(3)运用结构强度与寿命评估的理论、方法、规范，对结构的安全性、可靠性以及使用寿命做出评价与估计。

(4)运用运动/动力学的理论、方法，对由CAD实体造型设计出的机构、整机进行运动/动力学仿真，给出机构、整机的运动轨迹、速度、加速度以及动反力的大小等。

从广义上说，计算机辅助工程包括很多种类，从字面上讲，它可以包括工程和制造业信息化的所有方面，但是传统的CAE是指CAE软件，主要指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性及可靠性。;CAE软件可以分为两类：

(1)针对特定类型的工程或产品所开发的用于产品性能???析、预测和优化的软件，称之为专用CAE软件。

(2)可以对多种类型的工程和产品的物理、力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化，以实现产品技术创新的软件，称之为通用CAE软件。

CAE软件的主体是有限元分析(FiniteElementAnalysis，FEA)软件，目前在CAE分析过程中所采用的商业软件大部分出自美国。;1.2CAE技术及其应用;CAE技术的理论基础起源于20世纪40年代，自1943年数学家Courant第一次尝试用定义在三角形区域上的分片连续函数的最小位能原理来求解St.Venant扭转问题以来，一些应用数学家、物理学家和工程师也由于种种原因涉足有限元的概念，直到1960年以后，随着电子计算机的广泛应用和发展，有限元技术依靠数值计算方法才迅速发展起来。1963年至1964年科学家们证明了有限元法是基于变分原理的里兹(Ritz)法的另一种形式，从而使得里兹法分析的所有理论基础都适应于有限元法，确认了有限元法是处理连续介质问题的一种普遍方法。

(1)由弹性力学的平面问题扩展到空间问题、板壳问题；可对拱坝、涡轮叶片、飞机、船体、冶金机械等复杂结构进行应力分析。

(2)由静力平衡问题扩展到稳定性问题、动力学问题和波动问题；可对结构在地震力与波浪力作用下的动力响应进行分析。

(3)由固体力学扩展到流体力学、渗流与固结理论、热传导与热应力问题、磁场问题(例如感应电动机的磁场分析)以及建筑声学与噪声问题。

(4)由工程力学扩展到力学的其他领域，例如冰川与地质力学、血管与眼球力学等。

;经过这些发展，有限元分析技术逐渐由传统的力学分析和校核延伸到优化设计、仿真分析，并与计算机辅助设计和辅助制造密切结合，形成了现在CAE技术的框架。

CAE已广泛应用于工业界的各个行业，如汽车、航空航天、舰船、重型机械、精密机械、土木建筑、化工、水利、材料、电力和电子及某些制造行业。

借助CAE技术，一家英国的汽车业咨询公司TWR短时间内(15周)完成一个紧凑型家庭轿车(CompactFamilyCar)全尺寸模型的设计、验证和制造。

通过使用非线性仿真软件MSC.Dytran和MSC.Marc重现世贸大楼倒塌全过程，美国政府的研究人员们找到了为什么世贸大楼在仅仅一个小时之内就坍塌了的原因。

美国空军的研发人员对战斗机YF-23采用CAE中的计算流体力学(CFD)进行气动设计后比前一代YF-17减少了60％的风洞实验量。目前在航