扩展FEM模型中的边界条件优化

1.边界条件的定义

施加在模型上的边界条件应该尽可能与实际情况相吻合。这可能要求FEM模型包括结构部件的元素模型，而不是特别研究它们。如果所考虑的结构其真实支撑没有很好地定义刚度特性，而此时它们没有包含在FEM模型中的元素进行模化，就会出现这种情况。

采用这种扩展的FEM模型，在有问题的结构部件的边界上其真实刚度的偏差可能变得很小。因此，由于对边界条件不恰当地模化所造成的不真实效应被进一步传递到相邻结构部件或子部件上，它们用扩展的FEM模型的元素来代表。

2.约束的类型

通常所用的约束类型是约束或自由位移/转动或者支撑弹簧。其他的约束类型可以是非零位移或转动或者所谓的接触，也就是位移在一个方向而不是相反方向受到约束等。

FEM程序处理固定边界条件的方法各个程序各有不同。一种方法是从模型中去除实际的自由度，另一种方法是在实际自由度上施加一个刚度很大的弹簧。如果弹簧的刚度远大于模型元素的刚度，则后一种方法可能导致异常。很显然，如果刚度太小，也有可能导致异常。

这样的弹簧，其刚度恰当的值大致为最大模型刚度的10⁶倍。

由于程序必须首先识别位移是约束的还是自由的，所以接触边界条件要求非线性计算。(www.xing528.com)

3.对称/反对称

其他形式的边界条件是对称和反对称条件，如果模型和载荷加载存在某种形式的对称性，就可以施加这种边界条件。考虑对称性可以大大减少FEM模型的尺寸。

经常用到的两种对称形式是平面对称和旋转对称。这种对称形式的边界条件一般在FEM程序中通过选择恰当的坐标系很方便地定义。

对称模型的载荷可以是对称和反对称载荷的组合。这可以通过计算对称边界条件模型的对称载荷的响应，叠加反对称边界条件模型的反对称载荷的响应来考虑。

如果模型和载荷都是旋转对称的，则采用截面模型计算响应就足够了。

有些FEM程序提供了采用截面模型计算旋转对称模型响应的可能性，即使载荷并不是旋转对称的，程序也可以用傅里叶级数来模拟载荷。