什么是有限元分析，有限元分析能做什么？

有限元分析是什么

在三維設計時，為了對設計進行驗證，以便得到最佳的設計方案，就需要進行有限元分析，那么什么是有限元分析呢？

有限元分析是工程師用來解決工程問題的工具之一，是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的（較簡單的）近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件（如結構的平衡條件），從而得到問題的解。因為實際問題被較簡單的問題所代替，所以這個解不是準確解，而是近似解。由于大多數實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。

有限元分析提供了快速、廉價地探索各種原型選項和設計的能力。這使得有限元分析成為提高產品性能、降低成本和縮短項目交付周期的重要工具，如果您構建并測試一個原型，您可能會發現該原型在50%負載時突然斷裂。然后，您將構建另一個原型，使失敗的部分更厚，并重新測試。然后，您可能會發現您的原型在不同的地方在75%的負載下出現故障。重復設計和測試循環，直到達到100%負載，沒有任何故障或損壞。



有限元分析的優勢是什么

有限元分析的優點之一是，在制作原型之前，您可以在計算機輔助設計模型的任何部分找到應力，因此，您可以預測哪些區域可能首先失效，以及哪些第二和第三區域可能在較高負載下失效。通過正確應用有限元分析，您可以在仿真模型而不是物理原型上，有效地執行設計迭代。



有限元分析的另一個優點是，你可以沿著構建和測試路線看到你看不到的東西。例如，如果你讓灰鑄鐵鑄件過載，在它突然開裂或斷裂之前，變形可能是不明顯的?，F在，如果你想讓它在某個方向變得更硬，那么很難在試驗臺架上測量如此小的撓度。通過有限元分析，撓度很容易看到，這有助于您理解載荷路徑，并以最有效的方式加固結構。

有限元分析的基本步驟

有限元分析的基本步驟通常為：

第一步 預處理。根據實際問題定義求解模型，包括以下幾個方面：

1.定義問題的幾何區域：根據實際問題近似確定求解域的物理性質和幾何區域；

2.定義單元類型；

3.定義單元的材料屬性；

4.定義單元的幾何屬性，如長度、面積等；

5.定義單元的連通性；

6.定義單元的基函數；

7.定義邊界條件；

8.定義載荷。

第二步 求解計算：將單元總裝成整個離散域的總矩陣方程（聯合方程組）?？傃b是在相鄰單元結點進行。狀態變量及其導數（如果可能）連續性建立在結點處。聯立方程組的求解可用直接法、迭代法。求解結果是單元結點處狀態變量的近似值。

第三步 后處理：對所求出的解根據有關準則進行分析和評價。后處理使用戶能簡便提取信息，了解計算結果。

簡單來說，有限元分析可分成三個階段，預處理、計算求解和后處理。預處理是建立有限元模型，完成單元網格劃分；后處理則是采集處理分析結果，使用戶能簡便提取信息，了解計算結果。



有限元分析具體能做什么

有限元分析功能應用

有限元分析是應力和結構分析最常用的工具。它還可以從運動學分析系統和計算流體動力學系統等其他工具接收輸入數據。有限元分析軟件可用于：

1.機械工程設計

2.計算機輔助制圖和工程模擬服務

3.結構分析

4.模態分析

5.固體力學

6.模具流動分析

7.疲勞和斷裂力學

8.熱和電分析

9.金屬板成形分析



有限元分析應用領域

隨著市場競爭的加劇，產品更新周期愈來愈短，企業對新技術的需求更加迫切，而有限元數值模擬技術是提升產品質量、縮短設計周期、提高產品競爭力的一項有效手段。

有限元法在工程設計和科研領域得到了越來越廣泛的重視和應用，已經成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，從汽車到航天飛機幾乎所有的設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、能源和科學研究等各個領域的廣泛使用已使設計水平發生了質的飛躍。



有限元分析常用軟件

有限元分析常用的軟件有ANSYS、Abaqus、CATIA等。下面，為大家介紹一下，最為常用的有限元分析軟件Abaqus。

Abaqus為全球知名的大型通用有限元分析軟件，具有單元類型全、材料模型多、分析能力強、可擴展性高等特點，特別是在求解復雜非線性問題方面具有顯著優勢。



除了用于模擬汽車、航空航天等結構力學問題，Abaqus在基礎設施行業也得到了眾多應用。Abaqus提供了多種混凝土和巖土塑性模型，支持靜力、動力、顯式動力、滲流、傳熱等分析類型，對基礎設施中的各類力學問題的模擬具有廣泛適用性，例如建筑橋梁等結構的整體彈塑性分析和穩定分析，局部多尺度與精細化模擬，地下結構、邊坡穩定性、樁基礎、滲流和固結等各類巖土工程問題。

Abaqus軟件詳情：達索系統 | Abaqus有限元分析軟件

Abaqus具體應用：Abaqus在八大工程領域中的應用