M01有限元分析与ANSYS课件.ppt

July 30, 1999 有限元分析 (FEA) 方法 数值模拟方法概述 工程技术领域中的许多力学问题和场问题，如固体力学中的位移场、应力场分析、电磁学中的电磁分析、振动特性分析、热力学中的温度场分析，流体力学中的流场分析等，都可以归结为在给定边界条件下求解其控制方程的问题。 虽然人们能够得到它们的基本方程和边界条件，但是能够用解析法求解的只是少数性质比较简单和边界比较规则的问题，实际结构的形状和所受到的载荷往往比较复杂，按解析法求解是非常困难的。 数值模拟方法概述 解决这类复杂问题主要有两种方法： 1、引入简化假设，使其达到能用解析法求解的状态，然后求其近似解（未必可行，容易导致不正确的解答）。 2、保留问题的复杂性，利用数值模拟方法求得问题的近似解（较多采用）。 数值模拟技术（即CAE技术，Computer-aided Engineering）是人们在现代数学、力学理论的基础上，借助于计算机技术来获得满足工程要求的数值近似解，是现代工程仿真学发展的重要推动力之一。 数值模拟方法概述 目前在工程技术领域内常用的数值模拟方法有： 1、有限单元法FEM（ Finite Element Method） 2、边界元法BEM（Boundary Element Method ） 3、有限差分法FDM（ Finite Difference Method 4、离散单元法DEM（Discrete Element Method） 其中有限单元法是最具实用性和应用最广泛的。 有限单元法简介 虽然近些年才采用了有限元这个名字，有限元的概念在几个世纪以前就已经用过了。例如：古代数学家用多边形逼近圆的办法求出圆周长以及圆的面积；现在人们日常生活中丈量土地的时候也是分成一块一块进行的，这都是利用了有限元的基本思想－化整为零。 有限单元法简介 有限单元法的基本思想： 1、 将一个连续域离散化为有限个单元并通过有限个节点相连接的等效集合体。由于单元能按照不同的联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。 2、 有限元法利用在每一个单元内假设的的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数。单元内的近似函数由未知场函数在单元的各个节点的数值和其插值函数来表达。 3、一个问题的有限元分析中，未知场函数在各个节点上的数值就成为新的未知量，从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。 4、一经求解出这些未知量，就可以通过插值函数计算出各个单元内场函数的近似值，从而得到整个求解域上的近似解。 有限元分析 (FEA) 物理系统举例 有限元模型 自由度（DOFs） 节点和单元 节点和单元 (续) 节点和单元 (续) 节点和单元 (续) 单元形函数 单元形函数(续) 单元形函数(续) 关于 ANSYS ANSYS是一个完整的FEA软件包，它适合世界范围各个工程领域的工程师们使用: 结构分析 热分析 流体分析，包括CFD（计算流体动力学） 电 / 静电场分析 电磁场分析 ANSYS在部分工业领域中的应用如下： 航空航天 汽车工业 生物医学 桥梁、建筑 电子产品 重型机械 微机电系统 运动器械 有限元分析与ANSYS - 关于ANSYS 结构分析 结构分析用于确定变形、应变、应力及反力。 有限元分析与ANSYS - 关于ANSYS …结构分析 动力分析 包括质量和阻尼效应。 模态分析，用于计算固有频率和振型。 谐响应分析，用于确定结构对正弦变化的已知幅值和频率载荷的响应。 瞬态动力学分析，用于确定结构对随时间任意变化载荷的响应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为。 有限元分析与ANSYS - 关于ANSYS …结构分析 用ANSYS/LS-DYNA进行显示动力分析 模拟以惯性力为主的大变形分析。 用于模拟冲击、碰撞、快速成形等。 有限元分析与ANSYS - 关于ANSYS 热分析 热分析用于确定物体中的温度分布。热分析考虑的物理量是：热量的获取和损失、热梯度、热通量。 可模拟三种热传递方式：热传导、热对流、热辐射。 稳态分析 忽略时间效应 瞬态分析 确定以时间为函数的温度值等。 可模拟相变（熔化及凝固） 有限元分析与ANSYS - 关于ANSYS 电磁分析 电磁分析用于计算电磁装置中的磁场 静态磁场及低频电磁场分析 模拟由直流电源，低频交流电或低频瞬时信号引起的磁场。 例如：螺线管制动器、电动机、变压器 磁场分析中考虑的物理量是：磁通量密度、磁场密度、磁力和磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等。 有限元分析与ANSYS - 关于ANS