在進(jìn)行三維設(shè)計(jì)中，通常需要對設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，以便找到最佳的設(shè)計(jì)方案。驗(yàn)證就要用到有限元分析，那么什么是有限元分析呢？

什么是有限元分析？

舉個(gè)例子：比如，從家到郵筒的轉(zhuǎn)鋪路—用碼尺來測量一個(gè)曲線路徑，那么曲線的長度是多少呢？

 

我們可以用碼尺來測量，然后把這些碼尺的線段相連，曲線路徑大約等于直線段的和。有限元分析和這個(gè)是類似的，實(shí)際的三維模型是連續(xù)的，看似無法分析，但是我們可以把它們劃分成有限的單元（比如四面體單元），這樣就可以進(jìn)行分析了。簡單理解，這就是有限元分析。

在應(yīng)用有限元分析軟件分析問題的時(shí)候要遵循基本的步驟，如下：

1、預(yù)處理

·         定義分析類型

·         添加材料屬性

·         施加載荷和約束

·         網(wǎng)格劃分

2、求解：計(jì)算所需結(jié)果

3、后處理：分析結(jié)果

·         Simulation遵循的步驟

·         建立數(shù)學(xué)模型

·         建立有限元模型

·         求解有限元模型

·         結(jié)果分析

在進(jìn)行有限元分析的時(shí)候最主要的就是數(shù)學(xué)模型的建立，就是設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)化成有限元模型的過程，需要簡化，遵循的過程如下圖：

數(shù)學(xué)模型到有限元模型

分析軟件對來自CAD軟件的零件和裝配體的幾何模型進(jìn)行分析。該幾何模型必須能夠用正確的、適度的有限單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。通常情況下，需要修改CAD幾何模型以滿足網(wǎng)格劃分的要求?？刹捎靡韵路椒ǎ?/span>

1、特征消隱 合并或消除在分析中認(rèn)為不重要的幾何特征

2、理性化 如一薄壁模型用平面來代替

3、清除 細(xì)長面或多實(shí)體會(huì)造成網(wǎng)格劃分困難甚至無法劃分網(wǎng)格。

有限元分析中的假定：

1、對應(yīng)用載荷的響應(yīng)是成比例的（即線性的）

·         如果載荷加大一倍，那么變形也加大一倍

·         如果去掉載荷，那么模型沒有變形

          

載荷分析

2、材料是線性的

·         如果載荷去除，零件將會(huì)恢復(fù)它最初的形狀（沒有永久變形）

3、載荷是靜態(tài)的

·         載荷是緩慢地逐漸地施加的。沖擊載荷會(huì)導(dǎo)致額外的位移、應(yīng)力和應(yīng)變

進(jìn)行有限元分析還應(yīng)該了解：網(wǎng)格、節(jié)點(diǎn)、單元
  

·         網(wǎng)格 – 用四面體或三角形近似的代表CAD模型

·         單元– 在網(wǎng)格中的四面體或三角形

·         節(jié)點(diǎn) – 位于不同單元連接的點(diǎn)上，節(jié)點(diǎn)位于靠近未知量（通常是位移）的位置

對于結(jié)構(gòu)分析來說，有限元分析的結(jié)果一般用von mises應(yīng)力來表示，一個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力有6個(gè)分量：3個(gè)正應(yīng)力和3個(gè)剪應(yīng)力-取決于坐標(biāo)系統(tǒng):如下圖所示：

那么，Von Mises應(yīng)力等于如下公式：（應(yīng)力取決于坐標(biāo)系）

安全系數(shù)=材料的極限應(yīng)力/模型中的最大von mises應(yīng)力。

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