有限元分析概述.ppt

1、有限元分析概述有限元分析概述第一节第一节 什么是有限元分析什么是有限元分析？(What?)第二节第二节 为什么要学有限元为什么要学有限元？(Why?)第三节第三节 怎样学习有限元怎样学习有限元？(How?)第第1节节什么是有限元什么是有限元 有限元分析源于力学有限元分析源于力学英文：英文：finite element analysis(FEA)finite element method(FEM)已经学过的相关力学：已经学过的相关力学：理论力学、材料力学理论力学、材料力学 理力、材力与有限元有何联理力、材力与有限元有何联系？系？2020世纪理论和应用力学十大进展世纪理论和应用力学十大进展序号名

2、称得票数1 有限元方法有限元方法有限元方法有限元方法 3842 断裂力学3433 生物力学的创立3374 稳定性、分岔和混沌理论3375 边界层理论3236 塑性力学和位错理论3127 湍流统计理论 2598 奇异摄动理论2229 力学的公理化体系19910 克服声障、热障的力学理论196各力学学科分支的联系各力学学科分支的联系科学研究的目的：定量获取所研究对象的所有信息科学研究的目的：定量获取所研究对象的所有信息定量化一般流程：定量化一般流程：确定对象确定对象定义参量或变量定义参量或变量获得定量关系获得定量关系推广到该类问题的任意情形推广到该类问题的任意情形一个例子：受横向载荷结构的力学分析

3、一个例子：受横向载荷结构的力学分析特点：特点：由二力杆组成；由二力杆组成；桁架结构材料力学桁架结构材料力学 解析解解析解特点：特点：简支梁；简支梁；梁的弯曲材料力学梁的弯曲材料力学 解析解解析解特点：特点：均匀板（与梁的区别）均匀板（与梁的区别）规则形状变形体弹性力学规则形状变形体弹性力学 解析解解析解特点：特点：带空的板（与均匀板的区别）带空的板（与均匀板的区别）不规则形状变形体弹性力学不规则形状变形体弹性力学 无解析解，可求近似解无解析解，可求近似解一种数值法：一种数值法：一种数值法：一种数值法：有限元方法有限元分析的基本流程有限元分析的基本流程 化整为零化整为零化整为零化整为零 -结构离

4、散化结构离散化l 将结构拆成一些规则形状离散体将结构拆成一些规则形状离散体,规则离散体称作规则离散体称作单单元元（element）.l 单元的连接点称作单元的连接点称作节点节点（node）.单元分析单元分析单元分析单元分析 集零为整集零为整集零为整集零为整 -整体分析整体分析结点外力结点外力离散化单元拼装单元分析第2节 为什么要学习有限元有限元分析的思路和发展过程1.有限元方法诞生的工程背景有限元方法诞生的工程背景每一种自然现象的背后都有相应的物理规律，对物理规律的描述可以借每一种自然现象的背后都有相应的物理规律，对物理规律的描述可以借助相关的定理或定律表现为各种形式的方程（代数、微分、或积分

5、）。这些助相关的定理或定律表现为各种形式的方程（代数、微分、或积分）。这些方程通常称为控制方程（方程通常称为控制方程（Governing equation）。针对实际的工程问题推导这）。针对实际的工程问题推导这些方程并不十分困难，然而，要获得问题的解析的数学解却很困难。些方程并不十分困难，然而，要获得问题的解析的数学解却很困难。工程中的问题（力学、物理）各种方程及相应的定解条件（边界条件及初始条件）线性的、边界规则的问题数值分析法精确解近似解非线性的、边界不规则的问题解析法如平衡方程，约束条件精英们的解法大众化的解法2.有限元方法的思路有限元方法的思路 一种解决问题的方法论一种解决问题的方法论

6、以计算机计算机计算机计算机为工具，分析任意变形体任意变形体任意变形体任意变形体以获得所有力学信息，并使得该方法能够普及、简单、高效、方便普及、简单、高效、方便普及、简单、高效、方便普及、简单、高效、方便，一般人员可以使用。u实现办法实现办法：u 技术路线：技术路线：标准化（理论研究：任意复杂问题标准化（理论研究：任意复杂问题=标准化分解，单元建模标准化分解，单元建模:有限种标准单元）有限种标准单元）规范化（前处理：规范化（前处理：CAD几何、力学建模、求解、后处理显示）几何、力学建模、求解、后处理显示）计算机化（标准程序、模块）计算机化（标准程序、模块）应用的规模化、普及性（可求解大型问题：应

7、用的规模化、普及性（可求解大型问题：108-1010自由度）自由度）u 发展过程：发展过程：如何处理中国古代就有离散化的思想，如求圆周率。u 发展过程（续）：发展过程（续）：3.有限元方法的使用现状有限元方法的使用现状u有限元分析可以获取几乎任意复杂工程结构的各种机械性有限元分析可以获取几乎任意复杂工程结构的各种机械性能信息。国际上有能信息。国际上有90%的机械参评和装备都要采用有限元的机械参评和装备都要采用有限元方法进行分析，进而进行设计修改和优化。方法进行分析，进而进行设计修改和优化。例如：例如：1990年年10月波音公司在计算机上对新型客机月波音公司在计算机上对新型客机B-777进行进行

8、“无纸设计无纸设计”，仅用，仅用了三年半的时间，了三年半的时间，1994年年4月第一架月第一架B-777便试飞成功。便试飞成功。u数千种通用有限元分析软件出现：数千种通用有限元分析软件出现：ANSYS，ABAQUS，MSC/NASTRAN，MSC/MARC，ADINA，ALGOR，IDEAS，LS-DYNA等等。等等。4.若干若干有限元分析的成功案例有限元分析的成功案例l 汽车工业汽车工业整车分析机体系统缸体温度场分析重力荷载下的底盘的应力分布：刹车制动时底盘的应力分布：4.若干若干有限元分析的成功案例（续）有限元分析的成功案例（续）热固耦合问题热烧蚀l 航空抗天航空抗天整机强度和副翼疲劳强度

9、飞机的紧急水面迫降4.若干若干有限元分析的成功案例（续）有限元分析的成功案例（续）受内压圆筒斜接管l 石油化工石油化工锥壳径向接管4.若干若干有限元分析的成功案例（续）有限元分析的成功案例（续）圆锥管成型加工过程进行模拟与仿真l 加工成型加工成型冲压成型的模拟工字钢成形过程模拟4.若干若干有限元分析的成功案例（续）有限元分析的成功案例（续）深圳某民用住宅转换层抗震分析l 高层建筑高层建筑4.若干若干有限元分析的成功案例（续）有限元分析的成功案例（续）冲击和跌落问题l 电子行业电子行业热传导和热应力问题：显示器玻壳强度分析4.若干若干有限元分析的成功案例（续）有限元分析的成功案例（续）桥梁施工过

10、程模拟l 桥梁工程桥梁工程美国金门桥地震响应分析桥梁基础沉降分析4.若干若干有限元分析的成功案例（续）有限元分析的成功案例（续）5万吨集装箱船船体整体结构强度有限元分析万吨集装箱船船体整体结构强度有限元分析l 船舶工程船舶工程船舶的频率分析水下爆炸4.若干若干有限元分析的成功案例（续）有限元分析的成功案例（续）预应力混凝土压力容器安全性分析l 核工业核工业轻水反应堆中管道的安全分析4.若干若干有限元分析的成功案例（续）有限元分析的成功案例（续）子弹穿甲模拟l 军事工业军事工业4.若干若干有限元分析的成功案例（续）有限元分析的成功案例（续）人体颈椎后仰应力分析l 生物力学生物力学第3节 如何学好

11、有限元方法一、一、两条原则两条原则l掌握有限元的基本理论和概念，这是灵活使掌握有限元的基本理论和概念，这是灵活使用有限元方法的基础用有限元方法的基础l掌握一种有限元分析软件，做工程实际课题，掌握一种有限元分析软件，做工程实际课题，在实践中提高在实践中提高二、关于本课程二、关于本课程教学用书：教学用书：张力，张力，有限元法及有限元法及ANSYS程序应用基础程序应用基础，科学出版社，科学出版社，2008年，北京年，北京课外读物：课外读物：（1）T.R.T.R.ChandrupatlaChandrupatla等著等著,曾攀曾攀 译译工程中的有限元方工程中的有限元方法法，清华大学出版社，清华大学出版社，20082008年，北京年，北京（2 2）陈信吉，陈信吉，AnsysAnsys 入门入门（第（第3 3版）中国电力出版社，版）中国电力出版社，20072007年，北京年，北京教学软件：教学软件：ANSYSED9.0网上资源：网上资源：中国仿真论坛：http:/ 课堂上机：课堂上机：4次，次，8学时学时 课外自学：自行安排，多多益善！课外自学：自行安排，多多益善！五、学习建议五、学习建议1、研究式学习方法2、开放式思维方式3、学习与训练相结合4、读点参考书5、预习