2024年度-Femap圖文教程

Femap圖文教程1目錄Femap軟件概述Femap界面與基本操作有限元分析基礎知識Femap建模與網(wǎng)格劃分邊界條件與載荷施加2目錄求解器設置與后處理Femap高級功能應用Femap與其他軟件集成應用3Femap軟件概述014010203Femap是一款高級有限元分析（FEA）軟件，具備豐富的求解器和強大的后處理功能，可廣泛應用于各種工程領域。強大的有限元分析功能Femap提供直觀的圖形用戶界面，使得用戶可以方便地進行模型創(chuàng)建、網(wǎng)格劃分、邊界條件設置等操作。直觀的圖形界面Femap與多種CAD軟件實現(xiàn)緊密集成，支持直接導入CAD模型進行有限元分析，提高工作效率。緊密的CAD集成軟件背景與特點5用于分析機械零部件的強度、剛度、疲勞壽命等性能。機械工程在航空航天領域，F(xiàn)emap可用于分析飛機、火箭等結(jié)構(gòu)的靜力學、動力學、熱力學等問題。航空航天在汽車工程中，F(xiàn)emap可用于車身結(jié)構(gòu)、發(fā)動機、底盤等部件的設計與分析。汽車工程用于分析建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、隧道等土木工程結(jié)構(gòu)的承載力和穩(wěn)定性。土木工程應用領域與范圍601新增求解器支持隨著版本的更新，F(xiàn)emap不斷引入新的求解器，以支持更復雜的分析和更高的計算精度。02強化后處理功能Femap的后處理功能不斷得到強化，包括結(jié)果可視化、動畫演示、自定義報告生成等。03提升用戶體驗在用戶體驗方面，F(xiàn)emap持續(xù)優(yōu)化軟件性能，提高運算速度，并改進用戶界面，使其更加友好易用。版本更新與功能增強7Femap界面與基本操作028模型樹展示模型的層次結(jié)構(gòu)，方便用戶管理和查看模型。狀態(tài)欄顯示當前操作狀態(tài)和相關提示信息。工具欄提供常用命令的快捷按鈕，方便用戶快速執(zhí)行操作。主窗口顯示模型、分析結(jié)果和其他主要信息。菜單欄包含文件、編輯、視圖、工具、窗口和幫助等菜單項，用于執(zhí)行各種命令。界面組成與布局9常用工具欄功能介紹縮放、旋轉(zhuǎn)和平移視圖用于調(diào)整模型視圖的顯示方式。撤銷和重做撤銷上一步操作或重做已撤銷的操作。新建、打開和保存文件用于創(chuàng)建新文件、打開已有文件和保存文件。選擇和取消選擇選擇或取消選擇模型中的元素。屬性窗口顯示所選元素的屬性信息，如幾何尺寸、材料屬性等。10使用鼠標中鍵進行旋轉(zhuǎn)和縮放視圖。在屬性窗口中修改元素屬性，實現(xiàn)快速編輯。按住Shift鍵同時使用鼠標左鍵進行多選操作。利用快捷鍵提高操作效率，如Ctrl+C和Ctrl+V分別用于復制和粘貼操作。模型視圖操作技巧11有限元分析基礎知識031203有限元法的應用領域結(jié)構(gòu)力學、流體力學、熱力學、電磁學等。01有限元法的基本思想將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個、且按一定方式相互連接在一起的單元的組合體。02有限元法的求解步驟前處理（建立模型）、求解（計算）、后處理（結(jié)果展示）。有限元法原理簡介13靜態(tài)分析用于求解結(jié)構(gòu)在靜載荷作用下的響應，如位移、應力、應變等。動態(tài)分析用于求解結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷作用下的響應，如振動、沖擊、波動等。熱分析用于求解結(jié)構(gòu)在熱載荷作用下的響應，如溫度分布、熱應力、熱變形等。流體分析用于求解流體在管道或容器中的流動狀態(tài)，如速度分布、壓力分布、流量等。常見有限元分析類型14010405060302網(wǎng)格劃分原則：保證計算精度和計算效率的前提下，盡量采用簡單的網(wǎng)格形狀和較少的網(wǎng)格數(shù)量。網(wǎng)格劃分技巧根據(jù)結(jié)構(gòu)特點選擇合適的網(wǎng)格類型，如四面體網(wǎng)格、六面體網(wǎng)格等。在關鍵區(qū)域采用細密的網(wǎng)格劃分，以提高計算精度。在非關鍵區(qū)域采用較粗的網(wǎng)格劃分，以提高計算效率。注意網(wǎng)格的連續(xù)性和協(xié)調(diào)性，避免出現(xiàn)畸形網(wǎng)格或重疊網(wǎng)格。網(wǎng)格劃分原則及技巧15Femap建模與網(wǎng)格劃分0416在Femap中直接創(chuàng)建幾何模型，利用基本圖形元素（如點、線、面）構(gòu)建復雜結(jié)構(gòu)。直接建模導入外部模型模型修復與簡化支持多種CAD格式導入，如STEP、IGES、Parasolid等，實現(xiàn)與其他CAD系統(tǒng)的無縫集成。對導入的模型進行修復，如縫合縫隙、刪除小孔等，以滿足分析需求。030201幾何建模方法17Femap提供強大的自動網(wǎng)格劃分功能，根據(jù)幾何形狀自動生成高質(zhì)量的網(wǎng)格。自動網(wǎng)格劃分對于復雜區(qū)域或需要精細控制的部分，可以使用手動網(wǎng)格劃分工具進行局部加密或調(diào)整。手動網(wǎng)格劃分在劃分完成后，應對網(wǎng)格質(zhì)量進行檢查，如雅可比率、翹曲度等，以確保分析結(jié)果的準確性。網(wǎng)格質(zhì)量檢查網(wǎng)格劃分策略及技巧18

模型檢查與修復幾何模型檢查檢查幾何模型是否完整，有無縫隙、重疊等問題，確保模型的準確性。網(wǎng)格模型檢查檢查網(wǎng)格模型的連續(xù)性、單元質(zhì)量等，對于質(zhì)量較差的網(wǎng)格進行修復或重新劃分。模型修復工具Femap提供一系列模型修復工具，如縫合縫隙、刪除重復面等，以快速解決模型問題。19邊界條件與載荷施加0520約束節(jié)點的所有自由度，使其不能移動或旋轉(zhuǎn)。固定約束約束節(jié)點的某個或某幾個自由度，使其只能在指定方向上移動或旋轉(zhuǎn)。位移約束在對稱面上施加約束，使模型在對稱面兩側(cè)具有相同的位移和應力分布。對稱約束約束類型及施加方法21周期性約束：在周期性對稱的模型上施加約束，使模型在周期性方向上具有相同的位移和應力分布。約束類型及施加方法22施加方法1.選擇需要施加約束的節(jié)點或單元。2.在軟件界面中選擇相應的約束類型。約束類型及施加方法233.根據(jù)需要調(diào)整約束的方向和大小。4.確認并應用約束。約束類型及施加方法24集中力作用于節(jié)點上的力，方向可以任意指定。分布力作用于單元表面或邊上的力，可以指定分布形式和大小。體力作用于整個模型內(nèi)部的力，如重力、慣性力等。載荷類型及施加方法25載荷類型及施加方法2601施加方法021.選擇需要施加載荷的節(jié)點、單元或模型整體。032.在軟件界面中選擇相應的載荷類型。載荷類型及施加方法273.根據(jù)需要調(diào)整載荷的方向、大小和分布形式。4.確認并應用載荷。載荷類型及施加方法28包括點-點接觸、點-面接觸和面-面接觸等，根據(jù)模型的實際情況選擇合適的接觸類型。接觸類型設置接觸面的剛度，影響接觸應力和變形的大小。接觸剛度設置接觸面之間的摩擦系數(shù)，影響接觸面的滑動和摩擦熱生成。摩擦系數(shù)接觸設置與摩擦處理29接觸算法：選擇合適的接觸算法，如罰函數(shù)法、拉格朗日乘子法等，以保證計算的準確性和效率。接觸設置與摩擦處理30處理方法1.在軟件界面中選擇接觸設置選項。2.根據(jù)需要選擇接觸類型、設置接觸剛度和摩擦系數(shù)等參數(shù)。接觸設置與摩擦處理31接觸設置與摩擦處理3.選擇合適的接觸算法，并進行相關設置。4.確認并應用接觸設置，進行后續(xù)的計算和分析。32求解器設置與后處理0633根據(jù)分析問題的類型和規(guī)模，選擇適合的求解器，如直接求解器或迭代求解器。選擇合適的求解器根據(jù)所選求解器的要求，設置相應的參數(shù)，如收斂精度、迭代次數(shù)等。設置求解器參數(shù)對于大規(guī)模問題，可以考慮使用并行計算來提高求解效率?？紤]并行計算求解器類型選擇及參數(shù)設置34查看結(jié)果文件通過Femap的后處理功能，打開結(jié)果文件并查看分析結(jié)果。評估結(jié)果準確性將分析結(jié)果與理論值或?qū)嶒灁?shù)據(jù)進行對比，評估結(jié)果的準確性。結(jié)果可視化利用Femap的圖形顯示功能，將分析結(jié)果以云圖、矢量圖等形式進行可視化展示。結(jié)果查看與評估方法35數(shù)據(jù)導出將分析結(jié)果以數(shù)據(jù)表格、圖片等形式導出，以便后續(xù)處理和使用。報告生成根據(jù)分析結(jié)果和實際需求，編寫分析報告，包括問題描述、分析方法、結(jié)果展示和結(jié)論等部分。自動化報告生成通過Femap的自動化功能，實現(xiàn)報告的自動生成和批量處理，提高工作效率。數(shù)據(jù)導出與報告生成03020136Femap高級功能應用073701020304通過去除或減少材料，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化設計，同時保證結(jié)構(gòu)剛度、強度等性能要求。拓撲優(yōu)化調(diào)整結(jié)構(gòu)形狀以改善應力分布、降低最大應力等，提高結(jié)構(gòu)性能。形狀優(yōu)化通過改變結(jié)構(gòu)截面尺寸、板厚等參數(shù)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能的最優(yōu)設計。尺寸優(yōu)化展示汽車、航空航天、橋梁等領域的優(yōu)化設計案例，說明Femap在優(yōu)化設計方面的應用。案例分享優(yōu)化設計方法與案例分享38載荷譜處理講解如何處理實驗或仿真得到的載荷譜，以便用于疲勞分析。疲勞分析流程介紹疲勞分析的基本流程，包括載荷譜處理、材料疲勞性能定義、疲勞壽命計算等步驟。材料疲勞性能定義說明如何在Femap中定義材料的疲勞性能參數(shù)，如S-N曲線、疲勞極限等。案例展示展示汽車零部件、風力發(fā)電機葉片等疲勞分析案例，說明Femap在疲勞分析方面的應用。疲勞壽命計算介紹基于應力或應變的疲勞壽命計算方法，并展示Femap中的相關操作。疲勞分析流程及案例展示39非線性分析原理及案例解析簡要介紹非線性分析的基本原理，包括材料非線性、幾何非線性和接觸非線性等方面。非線性分析原理講解材料在塑性變形、蠕變、超彈性等方面的非線性行為，并介紹如何在Femap中定義相關材料參數(shù)。說明結(jié)構(gòu)在大變形、大轉(zhuǎn)動等情況下的幾何非線性行為，并展示Femap中的相關設置和操作。介紹接觸問題的基本原理和求解方法，包括接觸對的定義、接觸剛度的設置等，并展示Femap中的相關操作。展示建筑結(jié)構(gòu)倒塌、汽車碰撞等非線性分析案例，說明Femap在非線性分析方面的應用。材料非線性幾何非線性接觸非線性案例解析40Femap與其他軟件集成應用0841與CAD軟件集成方法介紹Femap可以直接導入多種CAD軟件（如SolidWorks、CATIA、AutoCAD等）創(chuàng)建的模型文件，實現(xiàn)與CAD軟件的無縫集成。保持關聯(lián)性導入的CAD模型在Femap中保持關聯(lián)性，即當CAD模型發(fā)生更改時，F(xiàn)emap中的模型也會自動更新，確保分析的一致性和準確性。CAD軟件內(nèi)直接啟動Femap通過在CAD軟件中設置Femap為默認的分析工具，用戶可以直接在CAD軟件內(nèi)啟動Femap并進行有限元分析。導入CAD模型42與Nastran的集成Femap與Nastran的集成可以實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)的線性、非線性和動力學分析。用戶可以在Femap中建立模型、施加邊界條件和載荷，然后導出Nastran可識別的文件進行分析。與Abaqus的集成Femap與Abaqus的集成適用于高級非線性分析和多物理場耦合分析。用戶可以在Femap中完成前處理，然后將模型導出為Abaqus輸入文件進行分析。與其他CAE軟件的集成Femap還支持與其他CAE軟件（如ANSYS、LS-DYNA等）的集成，用戶可以根據(jù)需要選擇合適的軟件進行聯(lián)合分析。與CAE軟件集成案