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1、2021/8/26有限元法基礎(chǔ)2研究方法1.理論分析2.科學(xué)實驗3.科學(xué)計算將實際結(jié)構(gòu)簡化，得到簡化模型，通過簡化模型求得變形、應(yīng)力等。缺點：與實際結(jié)構(gòu)有差別；優(yōu)點：計算簡單。采用實際結(jié)構(gòu)，并利用實驗的方法得到結(jié)構(gòu)在各種工況下的變形和應(yīng)力。優(yōu)點：與實際情況符合；缺點：代價高。采用實際結(jié)構(gòu)相類似的模型，并利用科學(xué)計算的方法得到結(jié)構(gòu)在各種工況下的變形和應(yīng)力。優(yōu)點：與實際情況符合，代價低；缺點：需要經(jīng)驗，且需要大型計算機。應(yīng)用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表示有限單元法是隨著電子計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計算方法。它是50年代首先在連續(xù)體力學(xué)領(lǐng)域--飛機結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)特性分析中應(yīng)用的
2、一種有效的數(shù)值分析方法，隨后很快廣泛的應(yīng)用于求解熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等連續(xù)性問題。有限元發(fā)展過程在大力推廣CAD技術(shù)的今天，從自行車到航天飛機，所有的設(shè)計制造都離不開有限元分析計算，F(xiàn)EM在工程設(shè)計和分析中將得到越來越廣泛的重視。國際上早在20世紀(jì)50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力開發(fā)具有強大功能的有限元分析程序。其中最為著名的是由美國國家宇航局（NASA）在1965年委托美國計算科學(xué)公司和貝爾航空系統(tǒng)公司開發(fā)的NASTRAN有限元分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)發(fā)展至今已有幾十個版本，是目前世界上規(guī)模最大、功能最強的有限元分析系統(tǒng)。近年來隨著計算機技術(shù)的普及和計算
3、機速度的不斷提高，有限元分析在工程設(shè)計和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分析計算問題的有效途徑，現(xiàn)在從汽車到航天飛機幾乎所有的設(shè)計制造都已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、船舶、鐵道、石化、能源、科學(xué)研究等各個領(lǐng)域的廣泛使用已使設(shè)計水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：<1>增加產(chǎn)品和工程的可靠性；<2>在產(chǎn)品的設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)潛在的問題；<3>經(jīng)過分析計算，采用優(yōu)化設(shè)計方案，降低原材料成本；<4>縮短產(chǎn)品投向市場的時間；<5>模擬試驗方案，減少試驗次數(shù)，從而減少試驗經(jīng)費。有限元的應(yīng)用
4、范圍從單純結(jié)構(gòu)力學(xué)計算發(fā)展到求解許多物理場問題有限元分析方法最早是從結(jié)構(gòu)化矩陣分析發(fā)展而來，逐步推廣到板、殼和實體等連續(xù)體固體力學(xué)分析，實踐證明這是一種非常有效的數(shù)值分析方法。有限元方法已發(fā)展到流體力學(xué)、溫度場、電傳導(dǎo)、磁場、滲流和聲場等問題的求解計算，最近又發(fā)展到求解幾個交叉學(xué)科的問題。例如當(dāng)氣流流過一個很高的鐵塔產(chǎn)生變形，而塔的變形又反過來影響到氣流的流動……這就需要用固體力學(xué)和流體動力學(xué)的有限元分析結(jié)果交叉迭代求解，即所謂"流固耦合"的問題。各個方向的發(fā)展過程和方向由求解線性工程問題進展到分析非線性問題線性理論已經(jīng)遠遠不能滿足設(shè)計的要求。例如：航天和動力工程
5、的高溫部件存在熱變形和熱應(yīng)力，要考慮材料的非線性問題；諸如塑料、橡膠和復(fù)合材料等各種新材料的出現(xiàn)，只有采用非線性有限元算法才能解決。非線性的數(shù)值計算是很復(fù)雜的，很難為一般工程技術(shù)人員所掌握。為此近年來國外一些公司花費了大量的人力和投資開發(fā)諸如MARC、ABAQUS和ADINA等專長于求解非線性問題的有限元分析軟件，并廣泛應(yīng)用于工程實踐。各個方向的發(fā)展過程和方向增強可視化的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理功能隨著數(shù)值分析方法的逐步完善，尤其是計算機運算速度的飛速發(fā)展，整個計算系統(tǒng)用于求解運算的時間越來越少，而數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和運算結(jié)果的表現(xiàn)問題卻日益突出。在現(xiàn)在的工程工作站上，求解一
6、個包含10萬個方程的有限元模型只需要用幾十分鐘。工程師在分析計算一個工程問題時有80%以上的精力都花在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和結(jié)果分析上。各個方向的發(fā)展過程和方向增強可視化的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理功能目前幾乎所有的商業(yè)化有限元程序系統(tǒng)都有功能很強的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理模塊。使用戶能以可視圖形方式直觀快速地進行網(wǎng)格自動劃分，生成有限元分析所需數(shù)據(jù)，并按要求將大量的計算結(jié)果整理成變形圖、等值分布云圖，便于極值搜索和所需數(shù)據(jù)的列表輸出。各個方向的發(fā)展過程和方向與CAD軟件的無縫集成當(dāng)今有限元分析系統(tǒng)的另一個特點是與通用CAD軟件的集成使用，即：在用CAD軟件完成部件和零件的造型設(shè)計
7、后，自動生成有限元網(wǎng)格并進行計算，如果分析的結(jié)果不符合設(shè)計要求則重新進行造型和計算，直到滿意為止，從而極大地提高了設(shè)計水平和效率。當(dāng)今所有的商業(yè)化有限元系統(tǒng)商都開發(fā)了和著名的CAD軟件（例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口。各個方向的發(fā)展過程和方向過程仿真可對一些物理過程進行仿真，如沖壓成型，金屬切削，注射成型，碰撞過程等，以計算一些比較復(fù)雜的過程參數(shù)。各個方向的發(fā)展過程和方向目前，世界各地的研究機構(gòu)和大學(xué)發(fā)展了一批規(guī)模較小但使用靈活、價格較低的專用或通
8、用有限元分
