常用CAE分析類(lèi)型

優(yōu)宏信息技術(shù)有限公司-PAGE6-常用CAE分析類(lèi)型作者：冒小萍審校：顧伯達(dá)適用版本：所有CAE軟件CAE分析時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際工況準(zhǔn)確判斷分析類(lèi)型至關(guān)重要，根據(jù)分析類(lèi)型我們決定采用何種分析軟件進(jìn)行分析求解更合理。如果分析類(lèi)型判斷不準(zhǔn)確，或者由于軟件功能限制不能完成某種分析類(lèi)型而做過(guò)多的簡(jiǎn)化，分析的結(jié)果是不可靠的，對(duì)實(shí)際工程項(xiàng)目沒(méi)有多少參考價(jià)值。目前我們常用的結(jié)構(gòu)分析類(lèi)型主要有以下幾種：線(xiàn)性結(jié)構(gòu)靜力分析結(jié)構(gòu)線(xiàn)性靜力分析是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)，主要是計(jì)算在固定不變的載荷作用下（包含由定常加速度引起的平衡慣性載荷）結(jié)構(gòu)的響應(yīng)（位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力），不考慮慣性和阻尼的影響；固定不變的載荷和響應(yīng)是一種假定，即假定載荷和結(jié)構(gòu)的響應(yīng)隨時(shí)間的變化非常緩慢。結(jié)構(gòu)線(xiàn)性靜力分析中，假定結(jié)構(gòu)中的工作應(yīng)力小于結(jié)構(gòu)材料的屈服應(yīng)力，因此應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系服從虎克定理，具有線(xiàn)性關(guān)系．同時(shí)結(jié)構(gòu)的變形（位移）相對(duì)結(jié)構(gòu)的總體尺寸來(lái)說(shuō)，又是很小的，所以問(wèn)題可以用線(xiàn)性方程計(jì)算．從應(yīng)用的角度看，多數(shù)情況下，結(jié)構(gòu)的線(xiàn)性分析是評(píng)估很多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的最有效的方法．模態(tài)分析結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的基礎(chǔ)。模態(tài)也就是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自由振動(dòng)時(shí)的振動(dòng)形態(tài)，也稱(chēng)為振型．每一個(gè)自由振動(dòng)的固有頻率都對(duì)應(yīng)一個(gè)振型，一般說(shuō)系統(tǒng)有多少自由度就有多少個(gè)固有頻率。實(shí)際的分析對(duì)象是連續(xù)體，具有無(wú)限多的自由度，所以其模態(tài)具有無(wú)窮階，要求用彈性動(dòng)力學(xué)的偏微分方程解決，因?yàn)閷?shí)際結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，一般無(wú)法得到封閉解，通常都是用近似的方法來(lái)求解．有限單元法就是一種常用的近似方法，可以比較正確的計(jì)算出足夠多的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)．有限元中模態(tài)分析的本質(zhì)是求方程的特征值問(wèn)題，所分析的結(jié)構(gòu)振動(dòng)模態(tài)的“階數(shù)”就是指要求的對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)方程的特征值的個(gè)數(shù)。將特征值從小到大排列就是階次。模態(tài)分析的目標(biāo)是確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，即系統(tǒng)的各階固有頻率和振型，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力特性分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。屈曲分析在通常的結(jié)構(gòu)分析中，結(jié)構(gòu)處于一個(gè)穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。但是有一些承受較大壓應(yīng)力的細(xì)薄結(jié)構(gòu)，例如細(xì)長(zhǎng)的受壓桿，受到較大水壓的深海容器等，當(dāng)它們所受到的壓應(yīng)力達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，原來(lái)的平衡狀態(tài)就會(huì)變得不穩(wěn)定，受壓的直桿會(huì)因?yàn)槭シ€(wěn)定性而變彎曲，受到高水壓的容器會(huì)因?yàn)槭Х€(wěn)而壓癟．屈曲分析就是一種用于確定結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定性的臨界載荷和屈曲模態(tài)形狀的技術(shù)。廣泛應(yīng)用于細(xì)薄結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析中．加速度和約束力以及單元應(yīng)力。

b).模態(tài)瞬態(tài)響應(yīng)分析

模態(tài)瞬態(tài)響應(yīng)分析中先進(jìn)行模態(tài)分析，根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪B(tài)截?cái)嘁詼p小問(wèn)題的規(guī)模，然后用截?cái)嗟哪B(tài)矩陣對(duì)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行解偶，得到簡(jiǎn)縮了的用模態(tài)坐標(biāo)表示的方程，對(duì)此方程進(jìn)行數(shù)值積分，得到模態(tài)坐標(biāo)中的動(dòng)力響應(yīng)，最后通過(guò)坐標(biāo)變換得到物理坐標(biāo)中的響應(yīng)，這個(gè)響應(yīng)結(jié)果和用直接瞬態(tài)響應(yīng)分析得到的響應(yīng)是等同的，不過(guò)由于采用了模態(tài)截?cái)?，所以結(jié)果中沒(méi)有包括高階響應(yīng)的部分．這種方法對(duì)大型問(wèn)題可以大大減少計(jì)算量，由于高階響應(yīng)對(duì)實(shí)際結(jié)果影響很小，所以結(jié)果的精度也能適當(dāng)保證．疲勞分析疲勞是指結(jié)構(gòu)在低于靜態(tài)強(qiáng)度極限的載荷重復(fù)作用下出現(xiàn)初始裂紋，裂紋擴(kuò)展，直到裂紋疲勞斷裂的現(xiàn)象；影響疲勞破壞的原因很多，主要考慮的是載荷的循環(huán)特征和循環(huán)次數(shù)，構(gòu)件材料的疲勞特性，構(gòu)件的應(yīng)力分布，以及構(gòu)件的形狀，大小尺寸以及材料表面熱處理等因素。疲勞分析結(jié)果主要有：應(yīng)力安全因子，疲勞安全因子和疲勞壽命。優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)優(yōu)化是為滿(mǎn)足特定優(yōu)選目標(biāo)如最小重量、最大第一階固有頻率或最小噪聲級(jí)等等的綜合設(shè)計(jì)過(guò)程。這些優(yōu)選目標(biāo)稱(chēng)之為設(shè)計(jì)目標(biāo)或目標(biāo)函數(shù)。優(yōu)化實(shí)際上含有折衷的含義，例如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的更輕就要用更少的材料,但這樣一來(lái)結(jié)構(gòu)就會(huì)變得脆弱,因此就要限制結(jié)構(gòu)件在最大許用應(yīng)力下或最小失穩(wěn)載荷下等的外形及尺寸厚度。類(lèi)似地,如果要保證結(jié)構(gòu)的安全性就要在一些關(guān)鍵區(qū)域增加材料,但同時(shí)也意味著結(jié)構(gòu)會(huì)加重。優(yōu)化的三大變量：設(shè)計(jì)變量（自變量，每個(gè)設(shè)計(jì)變量都有上下限，定義了設(shè)計(jì)變量的變化范圍）；狀態(tài)變量（因變量，設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，可以有上下限，也可以只有上限或者下限）；目標(biāo)函數(shù)（最終的優(yōu)化目的，必須是設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，也就是改變?cè)O(shè)計(jì)變量的數(shù)值將改變目標(biāo)函數(shù)的數(shù)值）熱傳導(dǎo)分析

熱傳導(dǎo)分析通常用來(lái)校驗(yàn)結(jié)構(gòu)零件在熱邊界條件或熱環(huán)境下的產(chǎn)品特性,可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度分布狀況，并直觀地看到結(jié)構(gòu)內(nèi)潛熱、熱點(diǎn)位置及分布?？赏ㄟ^(guò)改變發(fā)熱元件的位置、提高散熱手段、或絕熱處理或用其它方法優(yōu)化產(chǎn)品的熱性能。線(xiàn)性/非線(xiàn)性穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)分析基于穩(wěn)態(tài)的線(xiàn)性熱傳導(dǎo)分析一般用來(lái)求解在給定熱載和邊界條件下,結(jié)構(gòu)中的溫度分布，計(jì)算結(jié)果包括節(jié)點(diǎn)的溫度，約束的熱載和單元的溫度梯度，節(jié)點(diǎn)的溫度可進(jìn)一步用于計(jì)算結(jié)構(gòu)的響應(yīng)；穩(wěn)態(tài)非線(xiàn)性熱傳導(dǎo)分析則在包括了穩(wěn)態(tài)線(xiàn)性熱傳導(dǎo)的全部功能的基礎(chǔ)上,額外考慮非線(xiàn)性輻射與溫度有關(guān)的熱傳導(dǎo)系數(shù)及對(duì)流問(wèn)題等。

b）線(xiàn)性/非線(xiàn)性瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析

線(xiàn)性/非線(xiàn)性瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析用于求解時(shí)變載荷和邊界條