不管项目多复杂或应用领域多广,无论是结构、热传导还是声学分析,对于不同物理性质和数学模型的问题,有限元求解法的基本步骤是相同的,只是具体公式推导和运算求解不同。
1.有限元求解问题的基本思想
(1)建立数学模型
Simulation可对来自SolidWorks的零件或装配体的几何模型进行分析。几何模型必须能够用正确的、适度小的有限单元进行网格划分。此处所说的【小】,并不是指它的单元尺寸,而是表示网格中单元的数量。对网格的这种要求,有着极其重要的含义。必须保证CAD几何模型的网格划分,并且通过所产生的网格能得到正确的数据,如位移、应力、温度分布等。
通常情况下,需要修改CAD几何模型以满足网格划分的要求。这种修改可以采取特征消隐、理想化或清除等方法。
●特征消隐:特征消隐指合并或消除分析中认为不重要的几何特征,如外倒角、圆边、标志等。
●理想化:理想化是更具有积极意义的工作,它也许偏离了CAD几何模型的原貌,如将一个薄壁模型用一个面来代替。
●清除:清除有时是必需的,因为可划分网格的几何模型必须满足比实体建模更高的要求。可以使用CAD质量控制工具来检查问题所在。例如,CAD模型中的细长面(即长比宽大得很多的面,像是一条线的面)或多重实体(即多个实体),会造成网格划分困难甚至无法划分。通常情况下,对能够进行正确网格划分的模型采取简化,是为了避免由于网格过多而导致分析过程太慢。修改几何模型是为了简化网格从而缩短计算时间。成功的网格划分不仅依赖于几何模型的质量,还依赖于用户对FEA软件网格划分技术的熟练使用。
(2)建立有限元模型
通过离散化过程,将数学模型剖分成有限单元,这一过程称为网格划分。离散化在视觉上是将几何模型划分为网格。然而,载荷和支撑在网格完成后也需要离散化,离散化的载荷和支撑将施加到有限元网格的节点上。
(3)求解有限元模型
创建了有限元模型后,使用Simulation求解器得出一些感兴趣的数据。
(4)结果分析(www.xing528.com)
总体来说,结果分析是最困难的一步。有限元分析提供了非常详细的数据,这些数据可以用各种格式表达。要想准确解释结果,需要熟悉和理解各种假设、简化约定以及在前面三步中产生的误差。
创建数学模型和离散化成有限元模型会不可避免地产生误差:形成数学模型会导致建模误差,即理想化误差;离散数学模型会带来离散误差;求解过程会产生数值误差。在这三种误差中,建模误差是在FEA之前引入的,只能通过正确的建模技术来控制;求解误差是在计算过程中积累的,难于控制,所幸的是它们通常都很小;只有离散化误差是FEA特有的,也就是说,只有离散化误差能够在使用FEA时被控制。
有限元分析可分为三个阶段:前处理、求解和后处理。前处理是建立有限元模型,完成单元网格划分;求解是计算基本未知量;后处理则是采集处理分析结果,方便用户提取信息,了解计算结果。
2.Simulation分析步骤
以上介绍了Simulation有限元分析的基本思想,在实际应用Simulation进行分析时,一般遵循以下步骤。
01 创建算例。对模型的每次分析都是一个算例,一个模型可以有多个算例。
02 应用材料。向模型添加包含物理信息(如屈服强度)的材料。
03 添加约束。模拟真实的模型装夹方式,对模型添加夹具(约束)。
04 施加载荷。载荷反映了作用在模型上的力。
05 划分网格。模型被细分为有限个单元。
06 运行分析。求解计算模型中的位移、应变和应力。
07 分析结果。分析解释计算所得数据。
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