有限元分析基本流程簡介

2017-03-18 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

本文主要講解有限元分析基本流程,目的是使每一位CAE人員都能夠從整體上認(rèn)識(shí)有限元分析。

許多用戶第一印象可能是將有限元分析流程等同于軟件操作流程,例如建立幾何模型、劃分網(wǎng)格等,我們?cè)谝郧暗奈恼?strong>《ABAQUS熱電耦合分析實(shí)例》中介紹了ABAQUS/CAE的操作流程,用戶可以查看。本文中的有限元分析流程是從項(xiàng)目整體出發(fā)。

假設(shè)目前你在做設(shè)計(jì)的過程中遇到了一些問題,想通過有限元分析得到解決。由問題到解決的整個(gè)過程就構(gòu)成了一個(gè)完整的有限元分析項(xiàng)目。整個(gè)流程如下:

一、需要解決什么問題

例如:

1)確認(rèn)設(shè)計(jì)零件是否有足夠的靜強(qiáng)度,達(dá)到足夠強(qiáng)度后想進(jìn)行輕量化的優(yōu)化;

2)想確認(rèn)電加熱器給定電壓及時(shí)間后材料的溫升,確認(rèn)溫度后我們能否在保證溫度的前提下通過優(yōu)化切刀結(jié)構(gòu)降低加熱時(shí)間繼而降低能耗;

3)查看不同路面通過車輪、車架、座椅傳遞的振動(dòng)是否會(huì)讓人產(chǎn)生不舒服的感覺,通過怎樣的改善我們可以降低不舒服感覺;

4)噴霧器在相同的外界條件下哪種噴嘴結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生更好的霧化效果;

5)其他。

通過有限元仿真分析我們可以對(duì)以上的問題進(jìn)行分析,根絕結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化,能夠有效的降低成本,調(diào)高工作效率。

二、問題分析,確認(rèn)分析類型

針對(duì)我們要解決的問題,我們將問題進(jìn)行分類,確認(rèn)好分析類型。針對(duì)上面的四個(gè)問題我們將他們分別歸類為:靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變分析、熱電耦合分析、動(dòng)力學(xué)振動(dòng)分析(模態(tài)分析、頻響分析等)、CFD氣液二相分析。

不同的問題針對(duì)不同的類型,本文在此不再贅述。

三、建立合理的幾何模型

有限元仿真分析軟件不是“無所不能的”,模型越復(fù)雜分析過程中就越會(huì)出現(xiàn)結(jié)果不收斂、分析過程耗時(shí)等問題。這時(shí)候就需要我們?nèi)藢?duì)分析對(duì)象進(jìn)行簡化建模。主要包括盡量選取關(guān)心部件剔除非必要部件、簡化分析部件幾何模型(消除非必要銳角、補(bǔ)齊非必要孔、對(duì)稱截取等)、根據(jù)問題及分析進(jìn)行降級(jí)處理(三維降二維、彈性體變?yōu)閯傮w等)。

四、確認(rèn)材料屬性

一般通過通過資料查閱、實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到我們想要的材料屬性。

五、劃分合理網(wǎng)格

根據(jù)分析目的,建立合理網(wǎng)格,例如對(duì)關(guān)心部位或接觸部位進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化、對(duì)應(yīng)力容易集中的區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化、選取合理網(wǎng)格類型等。在前面文章《ABAQUS基本模塊介紹(1)——Mesh Module》中介紹了網(wǎng)格模塊的使用和網(wǎng)格劃分的技巧。

六、確認(rèn)邊界條件、相互作用

根據(jù)實(shí)際情況,用戶確認(rèn)和簡化邊界條件、選擇合理的相互作用(約束、接觸),此部分用戶需要有足夠的重視,不當(dāng)?shù)倪吔鐥l件和相互作用很容易引起計(jì)算的不收斂。

七、處理分析結(jié)果

在仿真計(jì)算完成后,通過后處理進(jìn)行結(jié)果處理,獲取我們關(guān)系的物理量,并通過我們的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行結(jié)果的理解和分析,確認(rèn)結(jié)果是否準(zhǔn)確,并與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)對(duì)比結(jié)果,有時(shí)候我們需要進(jìn)行模型的修正。對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確分析才能夠給我們提供指導(dǎo)實(shí)踐的結(jié)論。

八、優(yōu)化設(shè)計(jì)

在獲取結(jié)果進(jìn)行分析后,一些設(shè)計(jì)的缺陷便清晰而又量化地展現(xiàn)在了我們面前,我們可以根據(jù)結(jié)果依靠準(zhǔn)確的建模進(jìn)行一些設(shè)計(jì)優(yōu)化。

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