有限元建模方法

1、有限元建模方法1 有限元建模概述2 幾何模型的建立3 單元類型及單元特性4 網(wǎng)格劃分方法5 邊界條件定義有限元建模方法Kt Pt 結(jié)果處理、顯示、分析 、 求單元應(yīng)力、應(yīng)變 載 荷 移 置 RK 邊界條件定義 解線性方程組 總 剛 集 成 單 元 分 析 結(jié) 構(gòu) 離 散 ke前處理pre-processing求 解solving后處理Post-processing1 有限元建模概述一、有限元分析的三個(gè)階段 modelingPost-processing Solving(Calculating)Physical problemOr Design Evaluate Optimize modifyF

2、inite element modelresultsModeling Affecting the result accuracy二、有限元建模的重要性 Affecting the calculating process High requirements for analysts time - consuming a key stage in the process of finite element analysisFinite element model Node data Element data Boundary condition datasolversInput dataShape

3、 and material Interaction with outside三、有限元模型的定義有限元模型節(jié) 點(diǎn) 數(shù) 據(jù)單 元 數(shù) 據(jù)邊界條件數(shù)據(jù)節(jié) 點(diǎn) 編 號(hào)坐 標(biāo) 值坐標(biāo)參考系代碼位移參考系代碼節(jié) 點(diǎn) 總 數(shù)單 元 編 號(hào)單元節(jié)點(diǎn)編號(hào)單元材料特性碼單元物理特性值碼單元截面特性位移約束數(shù)據(jù)載荷條件數(shù)據(jù) 熱邊界條件數(shù)據(jù)碼其它邊界條件數(shù)據(jù)碼相關(guān)幾何數(shù)據(jù)四、有限元建模的基本原則 1 、保證精度原則單元數(shù)量最大變形四、有限元建模的基本原則 1 、保證精度原則單元數(shù)量最大變形一次單元二次單元真實(shí)解四、有限元建模的基本原則 2、控制規(guī)模原則 1. 計(jì)算時(shí)間 2. 存儲(chǔ)容量 3. 計(jì)算精度 4. 其 他

4、測(cè)試分析問(wèn)題定義有限元模型實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案幾何模型建立單元類型選擇單元特性定義網(wǎng) 格 劃 分模 型 檢 查邊界條件定義軟件單元庫(kù)計(jì)算結(jié)果比較模型修正五、建模的一般步驟 Example of modelingfixedCalculation: stress, deformation,reaction Plane stress structure Static analysis Linear分析問(wèn)題定義CAD modeldetails ignoredGeometric model for FEAElement type：3節(jié)點(diǎn)三角形平面應(yīng)力單元單元類型選擇Element properties：材料

5、特性：E, 單元厚度：t單元特性定義網(wǎng)格劃分模 型 檢 查 低質(zhì)量單元 畸形單元 重合節(jié)點(diǎn) 重合單元固定約束集中力邊界條件定義ModelingSolvingPost-processingdeformationStress distributionReaction 2 幾何模型的建立一、幾何模型的定義 geometric description of analyzed objects providing geometric information for meshing一、幾何模型的定義Analyzed ObjectMeshingGeometric modeldomainCAD 模型FEA幾何模

6、型結(jié)構(gòu)類型幾何模型型式平面（應(yīng)力、應(yīng)變）問(wèn)題表面模型軸對(duì)稱問(wèn)題空間問(wèn)題實(shí)體模型桿件結(jié)構(gòu)線框模型薄板彎曲問(wèn)題表面模型薄殼問(wèn)題軸對(duì)稱薄殼問(wèn)題線框模型二、形狀處理方法 Actual shapeExtractingProcess the actual shapeGeometric model1、降維處理3D2DSimplifySolid modelPlaneEasy to mesh2、細(xì)節(jié)簡(jiǎn)化 Ignore DetailsDetailsAffecting size and relative density of mesh relatively very smallConsiderations when

7、 ignoring details1. Stress magnitude at details2. What to Calculate3、局部結(jié)構(gòu)的利用4、對(duì)稱性的利用 對(duì)稱軸Types of symmetryReflection symmetryCyclic symmetry1. 對(duì)稱的基本形式 Reflection symmetryCyclic symmetryCyclic symmetry2. 對(duì)稱面上的位移條件 （1）反射對(duì)稱的位移條件 當(dāng)載荷是對(duì)稱載荷時(shí)，對(duì)稱面上的位移條件為： 1) 垂直于對(duì)稱面的移動(dòng)位移分量為零； 2) 方向矢量平行于對(duì)稱面的轉(zhuǎn)動(dòng)位移分量為零。1) 垂直于對(duì)稱面的

8、移動(dòng)位移分量為零；2) 方向矢量平行于對(duì)稱面的轉(zhuǎn)動(dòng)位移分量為零。 當(dāng)載荷是逆對(duì)稱載荷時(shí)，對(duì)稱面上的位移條件為： 1) 平行于對(duì)稱面的移動(dòng)位移分量為零； 2) 方向矢量垂直于對(duì)稱面的轉(zhuǎn)動(dòng)位移分量為零。 1) 平行于對(duì)稱面的移動(dòng)位移分量為零；2) 方向矢量垂直于對(duì)稱面的轉(zhuǎn)動(dòng)位移分量為零。(2) 周期對(duì)稱的位移條件 (i=1，2，3，4，5) 3 單元類型及單元特性 一、單元類型單元名稱維 數(shù)節(jié)點(diǎn)自由度應(yīng) 用平面應(yīng)力單元Plane stress element22個(gè)移動(dòng)自由度平面應(yīng)力結(jié)構(gòu)平面應(yīng)變單元Plane strain element22個(gè)移動(dòng)自由度平面應(yīng)變結(jié)構(gòu)空間實(shí)體單元Solid eleme

9、nt33個(gè)移動(dòng)自由度空間任意三維結(jié)構(gòu)軸對(duì)稱實(shí)體單元Axisymmetric solid element22個(gè)移動(dòng)自由度空間軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)板單元Plate element23個(gè)移動(dòng)自由度3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度平板結(jié)構(gòu)殼單元Shell element23個(gè)移動(dòng)自由度3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度曲面殼體軸對(duì)稱殼單元Axisymmetric shell element12個(gè)移動(dòng)自由度1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度軸對(duì)稱曲面殼體桿單元Rod element13個(gè)移動(dòng)自由度（平面桿單元2個(gè)）桁桿結(jié)構(gòu)梁?jiǎn)卧狟eam element13個(gè)移動(dòng)自由度（平面梁2個(gè)）3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度（平面梁1個(gè)）梁結(jié)構(gòu)彈簧單元Spring element13個(gè)移動(dòng)自由度（平

10、面2個(gè)）3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度（平面1個(gè)）彈簧結(jié)構(gòu)1、一維、二維和三維單元 2、線性、二次和三次單元 3、傳彎單元與非傳彎單元 ElementExternal shape: meshInternal data: properties二、單元特性（Element properties）element propertiesmaterial propertiesphysical propertiescross-sectional propertieselement-related data1、材料特性 2、物理特性 3、截面特性 4、單元相關(guān)幾何數(shù)據(jù) material orientation cross-s

11、ection orientation rigid offsetaccuracytime一、網(wǎng)格劃分原則 1、網(wǎng)格數(shù)量 (Number of mesh )4 網(wǎng)格劃分方法 2、網(wǎng)格疏密 （ relative density）Elements: 132Max.stress: 300.60MPaElements: 84Max.stress: 296.36MPa3、單元階次 (Element order)4、網(wǎng)格質(zhì)量 Mesh quality5、網(wǎng)格分界面和分界點(diǎn)Automatic meshingAdaptive meshingMeshingSemi-automatic meshing二、網(wǎng)格劃分方法 1、半自動(dòng)分網(wǎng)方法2、自動(dòng)分網(wǎng)方法 自動(dòng)分網(wǎng)的一般過(guò)程 3、自適