简述有限元分析的实施步骤
1. 确定问题和目标
在进行有限元分析之前，首先需要明确问题和目标。确定问题和目标将有助于
指导后续的分析工作，并确保分析结果的可靠性和实用性。问题和目标可以是结构的强度分析、热传导分析、流体力学分析等。
2. 创建有限元模型
有限元模型是有限元分析的基础，它是结构物或系统的数学模型。在创建有限
元模型时，需要进行以下步骤：
•定义几何形状：通过使用CAD软件或手动绘制来定义结构物或系统的几何形状。这包括绘制结构物的边界、孔洞和特征。
•离散化：将结构或系统划分为有限数量的离散区域，称为有限元。这些有限元可以是三角形、四边形或其他形状，取决于需要分析的问题类型。
•定义材料属性：为每个有限元分配适当的材料属性，如弹性模量、泊松比、密度等。这些属性将影响到模型的响应。
•定义边界条件：定义结构或系统的边界条件，如固定边界、受力边界等。这些边界条件将模拟实际结构中的限制条件。
3. 制定数学模型
在进行有限元分析之前，需要将物理模型转化为数学模型。数学模型是基于物
理方程和边界条件的方程组。制定数学模型的步骤如下：
•应用力学原理：根据问题类型，采用适当的力学原理，如静力学原理、动力学原理等。力学原理将为问题提供方程基础。
•建立强度方程：根据力学原理，建立物体或结构物的均衡方程。这些方程将描述结构的受力分布和变形情况。
•引入边界条件：基于前面创建的有限元模型，将边界条件应用于强度方程。这将包括施加受力、固定节点等。
4. 进行数值计算
有限元分析的核心部分是进行数值计算。在这一步骤中，使用适当的数值方法
和算法，求解数学模型得到物理问题的解。数值计算的步骤如下：
•网格生成：通过将结构物或系统划分为离散区域生成网格。这个网格将用于数值计算过程中的逼近。
•建立刚度矩阵：根据有限元模型和材料属性，建立刚度矩阵。刚度矩阵描述了结构物的刚度特性。
•应用边界条件：将边界条件应用于刚度矩阵。这将创建一个系统的等式，描述结构对外部加载的响应。
•求解方程：通过解决线性或非线性方程组，得到结构物或系统的解。
这可以使用迭代方法、矩阵求逆或其他数值方法实现。
5. 分析和评估结果
获取解后，需要对结果进行分析和评估。这将帮助理解结构物或系统的响应，并为决策提供重要的信息。分析和评估结果的步骤如下：
•结果可视化：通过绘制位移、应力、应变等结果的图形，对结果进行可视化。这将帮助理解结构物的受力分布和变形情况。
•结果比较：将模拟结果与实验结果或其他分析方法得到的结果进行比较。这将有助于验证模拟的准确性，并评估模型的可靠性。
•参数分析：根据需要，可以进行参数分析，从而研究不同参数对结果的影响。这将帮助优化设计和改进结构物或系统的性能。
6. 结论和讨论
在分析和评估结果后，需要做出结论并进行讨论。结论应基于对结果的分析，并回答问题和达到目标。讨论应涉及结果的限制、不确定性和可能的改进方向。
以上就是有限元分析的实施步骤的简要描述。这些步骤是进行有限元分析的基本流程，能够帮助工程师和研究人员获得准确、可靠的分析结果，并为结构的设计和优化提供指导。
有限元法的分析过程 有限元法是一种数值分析方法，用于求解实际问题的物理场或结构的 数学模型。它将连续的实体分割成离散的小单元，通过建立节点和单元之 间的关系，对物理问题进行逼近和求解。以下是一般的有限元法分析过程。 1.问题建模和离散化 在有限元分析中，首先需要对实际问题进行建模，确定物理场或结构 的几何形状和边界条件。然后，将几何形状分割成一系列小单元，例如三 角形、四边形或四面体等。 2.网格生成 根据问题的几何形状和离散化方式，生成网格。网格是由一系列节点 和单元组成的结构，节点用于描述问题的几何形状，单元用于划分问题域。通常，节点和单元的位置和数量会直接影响有限元法的精度和计算效率。 3.插值函数和基函数的选择 有限元法中的节点通常表示问题域中的几何点，而节点之间的关系由 插值函数或基函数来描述。插值函数用于建立节点和单元之间的关系，基 函数用于对物理场进行逼近。选择适当的插值函数和基函数是有限元法分 析的关键。 4.定义系统参数和边界条件 确定相关物理参数和材料性质，并将其转化为数值形式。在有限元分 析中，还需要定义边界条件，包括约束条件和加载条件。 5.定义数学模型和方程
根据问题的物理场或结构和所选择的基函数，建立数学模型和方程。 有限元方法可以用来建立线性方程、非线性方程、静态问题、动态问题等。具体建立数学模型和方程的过程需要根据问题的特点进行。 6.组装刚度矩阵和力载荷向量 根据离散化的节点和单元，组装刚度矩阵和力载荷向量。刚度矩阵描 述节点之间的刚度关系，力载荷向量描述外部加载的作用力。 7.求解代数方程 通过求解代数方程，确定节点的位移或物理场的数值解。通常，使用 迭代方法或直接求解线性方程组的方法来求解。 8.后处理和分析 得到数值解后，可以进行后处理和分析。包括计算节点和单元的应变、应力等物理量，进行矫正和验证计算结果的正确性。还可以通过有限元法 的网格适应性来优化问题的计算效率和精度。 以上是一般的有限元法分析过程，具体的步骤和方法可能会因不同的 问题而有所不同。在具体的应用中，需要根据问题的特点和要求进行调整 和扩展。有限元法是一种灵活、可靠且广泛应用的数值分析方法，可以用 来解决各种物理场和结构问题。
简述有限元分析的实施步骤 1. 确定问题和目标 在进行有限元分析之前，首先需要明确问题和目标。确定问题和目标将有助于 指导后续的分析工作，并确保分析结果的可靠性和实用性。问题和目标可以是结构的强度分析、热传导分析、流体力学分析等。 2. 创建有限元模型 有限元模型是有限元分析的基础，它是结构物或系统的数学模型。在创建有限 元模型时，需要进行以下步骤： •定义几何形状：通过使用CAD软件或手动绘制来定义结构物或系统的几何形状。这包括绘制结构物的边界、孔洞和特征。 •离散化：将结构或系统划分为有限数量的离散区域，称为有限元。这些有限元可以是三角形、四边形或其他形状，取决于需要分析的问题类型。 •定义材料属性：为每个有限元分配适当的材料属性，如弹性模量、泊松比、密度等。这些属性将影响到模型的响应。 •定义边界条件：定义结构或系统的边界条件，如固定边界、受力边界等。这些边界条件将模拟实际结构中的限制条件。 3. 制定数学模型 在进行有限元分析之前，需要将物理模型转化为数学模型。数学模型是基于物 理方程和边界条件的方程组。制定数学模型的步骤如下： •应用力学原理：根据问题类型，采用适当的力学原理，如静力学原理、动力学原理等。力学原理将为问题提供方程基础。 •建立强度方程：根据力学原理，建立物体或结构物的均衡方程。这些方程将描述结构的受力分布和变形情况。 •引入边界条件：基于前面创建的有限元模型，将边界条件应用于强度方程。这将包括施加受力、固定节点等。 4. 进行数值计算 有限元分析的核心部分是进行数值计算。在这一步骤中，使用适当的数值方法 和算法，求解数学模型得到物理问题的解。数值计算的步骤如下：
1. 软件形式： ㈠. SolidWorks 的内置形式： ♦COSMOSXpres——只有对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。 ㈡. SolidWorks 的插件形式： ♦COSMOSWorks Designe—r —对零件或装配体的静态分析。 ♦COSMOSWorks Professiona—l —对零件或装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化、疲劳分析。 ♦COSMOSWorks Advaneed Professional - 在COSMOSWorks Professional 的所有功能上增加 了非线性和高级动力学分析。 ㈢. 单独发行形式： ♦COSMOS DesignSTA——功能与COSMOSWorks Advaneed Professional相同。 2.使用FEA的一般步骤： FEA=Fi nite Eleme nt Analysis -- 是一种工程数值分析工具，但不是唯一的数值分析工具！ 其它的数值分析工具还有：有限差分法、边界元法、有限体积法, ①建立数学模型——有时，需要修改CAD 几何模型以满足网格划分的需要， （即从CAD几何体T FEA几何体），共有下列三法： ▲特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。 ▲理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理（注： 如果选中了“使用中面的壳网格”做为“网格类型”，COSMOSWorks会自动地创建曲面几何体）。 ▲清除：因为用于划分网格的几何模型必须满足比实体模型更高的要求。如模型中的细 长面、多重实体、移动实体及其它质量问题会造成网格划分的困难甚至无法划分网格—这时我们可以使用CAD质量检查工具（即SW菜单：T OO I S T Cheek,）来检验问题所在，另外含有非常短的边或面、小的特征也必须清除掉（小特征是指其特征尺寸相对于整个模型尺寸非常小！但如果分析的目的是找出圆角附近的应力分布，那么此时非常小的内部圆角应该被保留）。 ②建立有限元模型一一即FEA的预处理部分，包括五个步骤： ▲选择网格种类及定义分析类型（共有静态、热传导、频率,等八种类别）——这时将 产生一个FEA算例，左侧浏览器中之算例名称之后的括号里是配置名称； ▲添加材料属性：材料属性通常从材料库中选择，它不并考虑缺陷和表面条件等因素，与几何模型相比，它有更多的不确定性。 ◊右键单击“实体文件夹”并选择“应用材料到所有”一一所有零部件将被赋予相同的材料属性。 ◊右键单击“实体文件夹” 下的某个具体零件文件夹并选择“应用材料到所有实体” ——某个零件的所有实体（多实体）将被赋予指定的材料属性。 ◊右键单击“实体文件夹”下具体零件的某个“Body”并选择“应用材料到实体”一一只有
一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤： 1定义参数 2创建几何模型 3划分网格 4加载数据 5求解 6结果分析 1定义参数 1.1指定工程名和分析标题 启动ANSYS软件，选择Jobname命令 选择Title菜单命令 1.2定义单位 (2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preference→Material Props →Material Models →Structural →OK (3) 定义分析类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Loads →Analysis Type →New Analysis→STATIC →OK 1.3定义单元类型 选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令 单击[Options]按钮，在[Element behavior]下拉列表中选择[Plane strs w/thk]选项，单击确定 1.4定义单元常数 在ANSYS程序主界面中选择Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete命令 单击[Add]按钮，进行下一个[Choose Element Type]对话框 1.5定义材料参数 在ANSYS程序主界面，选择Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models命令 (1)选择对话框右侧Structural→Linear→Elastic→Isotropic命令，并单击[Isotropic]选项，接着弹出如下所示[Linear Isotropic Properties for Material Number 1]对话框。 在[EX]文本框中输入弹性模量“200000”，在[PRXY]文本框中输入泊松比“0.3”，单击OK 2创建几何模型 在ANSYS程序主界面，选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Rectangle →By 2Corners命令 选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Circle→Solid Circle命令 3网格划分(之前一定要进行材料的定义和分配) 选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Arears Circle命令 选择Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Areas→Free命令，弹出实体选择对话框，单击[Pick All]按钮，得到如下所示网格 4加载数据 (1)选择Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Lines命令， 出现如下所示对话框，选择约束[ALL DOF]选项，并设置[Displacement value]为0，单击OK。
有限元分析过程 有限元分析过程可以分为以下三个阶段：1.建模阶段: 建模阶段是根据结构实际形状和实际工况条件建立有限元分析的计算模型——有限元模型，从而为有限元数值计算提供必要的输入数据。有限元建模的中心任务是结构离散，即划分网格。但是还是要处理许多与之相关的工作：如结构形式处理、集合模型建立、单元特性定义、单元质量检查、编号顺序以及模型边界条件的定义等。2.计算阶段: 计算阶段的任务是完成有限元方法有关的数值计算。由于这一步运算量非常大，所以这部分工作由有限元分析软件控制并在计算机上自动完成。3.后处理阶段: 它的任务是对计算输出的结果惊醒必要的处理，并按一定方式显示或打印出来，以便对结构性能的好坏或设计的合理性进行评估，并作为相应的改进或优化，这是惊醒结构有限元分析的目的所在。注意：在上述三个阶段中，建立有限元模型是整个有限分析过程的关键。首先，有限元模型为计算提供所以原始数据，这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精度；其次，有限元模型的形式将对计算过程产生很大的影响，合理的模型既能保证计算结构的精度，又不致使计算量太大和对计算机存储容量的要求太高；再次，由于结构形状和工况条件的复杂性，要建立一个符合实际的有限元模型并非易事，它要考虑的综合因素很多，对分析人员提出了较高的要求；最后，建模所花费的时间在整个分析过程中占有相当大的比重，约占整个分析时间的70%，因此，把主要精力放在模型的建立上以及提高建模速度是缩短整个分析周期的关键。原始数据的计算模型，模型中一般包括以下三类数据：1.节点数据: 包括每个节点的编号、坐标值等；2.单元数据：a.单元编号和组成单元的节点编号；b.单元材料特性，如弹性模量、泊松比、密度等；c.单元物理特征值，如弹簧单元的刚度系数、单元厚度、曲率半径等；d.一维单元的截面特征值，如截面面积、惯性矩等；e.相关几何数据3.边界条件数据：a.位移约束数据；b.载荷条件数据；c.热边界条件数据；d.其他边界数据.建立有限元模型的一般过程：1.分析问题定义在进行有限元分析之前，首先应对结果的形状、尺寸、工况条件等进行仔细分析，只有正确掌握了分析结构的具体特征才能建立合理的几何模型。总的来说，要定义一个有限元分析问题时，应明确以下几点：a.结构类型； b.分析类型； c.分析内容； d.计算精度要求； e.模型规模； f.计算数据的大致规律2.几何模型建立几何模型是从结构实际形状中抽象出来的，并不是完全照搬结构的实际形状，而是需要根据结构的具体特征对结构进行必要的简化、变化和处理，以适应有限元分析的特点。3.单元类型选择划分网格前首先要确定采用哪种类型的单元，包括单元的形状和阶次。单元类型选择应根据结构的类型、形状特征、应力和变形特点、精度要求和硬件条件等因素综合进行考虑。4.单元特性定义有限元单元中的每一个单元除了表现出一定的外部形状外，还应具备一组计算所需的内部特征参数，这些参数用来定义结构材料的性能、描述单元本身的物理特征和其他辅助几何特征等.5.网格划分网格划分是建立有限元模型的中心工作，模型的合理性很大程度上可以通过所划分的网格形式反映出来。目前广泛采用自动或半自动网格划分方法，如在Ansys中采用的SmartSize网格划分方法就是自动划分方法。6.模型检查和处理一般来说，用自动或半自动网格划分方法划分出来的网格模型还不能立即应用于分析。由于结构和网格生成过程的复杂性，划分出来的网格或多或少存在一些问题，如网格形状较差，单元和节点编号顺序不合理等，这些都将影响有限元计算的计算精度和计算时间。7.边界条件定义在对结构进行网格划分后称为离散模型，它还不是有限元模型，只有在网格模型上定义了所需要的各类边界条件后，网格模型才能成为完整的有限元模型。计算机几何建模方法㈠.几何模型的形式1.线框模型：用组成结构的棱边表示结构形状和大小的模型称为线框模型，或线架模型。它是使用最早的几何模型，其特点是数据量少、数据结构简单、算法处理方便，模型输入可以通过定义线段端点坐标来实现。但是这种模型有很大的局限性，它的几何描述能力差，只能提供一个框架，对几何形状的理解很容易产生多义性，也不能计算结构的重量、
有限元分析及应用 有限元分析是一种数值计算方法，用于解决各种工程和科学领域中 的复杂问题。该方法基于物体或结构的离散性近似模型，将其分割成 许多小的子领域，进而进行数学求解。有限元分析广泛应用于结构力学、流体力学、电磁学、热传导等领域，在工程设计、产品开发和科 学研究中发挥着重要作用。 一、有限元分析的原理 有限元分析的核心原理是将一个复杂的物体或结构离散为许多互相 连接的小尺寸单元，如三角形或四边形。每个单元被视为一个小的、 局部的子问题，并假设在每个单元内部的场变量（如位移、温度、电 势等）为局部常数。根据这一假设，可以建立一个局部方程来描述每 个单元内部的行为。 为了求解整个系统的行为，将这些局部方程组合为一个整体方程组，并且采用边界条件来限制解的自由度。然后，通过求解整体方程组， 就可以得到整个系统在给定加载条件下的响应。 二、有限元分析的步骤 有限元分析通常需要经过以下几个步骤： 1. 几何建模：将待分析的物体或结构建立几何模型，包括定义节点、边界和连接关系等。
2. 单元划分：将几何模型划分为许多小的单元，选择合适的单元类 型和尺寸。 3. 材料属性和加载条件：分配材料属性和加载条件给每个单元，如 材料的弹性模量、材料的线性或非线性特性以及加载的力、温度等。 4. 单元方程建立：根据每个单元的几何形状和材料特性，建立每个 单元内部的方程。 5. 整体方程建立：将所有单元的方程组合成一个整体方程，引入边 界条件和约束条件。 6. 方程求解：通过数值方法（如矩阵解法）求解整体方程组。 7. 结果后处理：根据求解得到的结果，进行分析和后处理，如位移、应力和应变的计算、轴力图、位移云图等的绘制。 三、有限元分析的应用 有限元分析已经应用于各种领域，主要包括以下几个方面： 1. 结构力学：有限元分析可以用于评估结构的强度和刚度，预测结 构的变形和破坏情况。它广泛应用于建筑、桥梁、汽车、飞机等结构 的设计和优化。 2. 流体力学：有限元分析可以用于模拟流体力学问题，如流体流动、传热和传质等。它在航空航天、水力学和地下水流动等领域中有广泛 应用。
有限元法的基本步骤 有限元法是一种用于求解较为复杂的实际工程问题的数值分析方法。它将一个连续的物体或系统划分为许多小的单元，然后通过建立在这些单元上的数学方程来模拟和求解实际问题。在这篇文章中，我们将探讨有限元法的基本步骤，并深入讨论其原理和应用。 1. 确定问题的边界和几何形状 在使用有限元法求解实际问题之前，需要先确定问题的边界和几何形状。通常情况下，问题的边界需要定义为固定边界或自由边界，以便在数学模型中进行处理。问题的几何形状也需要被建模和描述，这样才能得到准确的计算结果。 2. 划分网格 划分网格是有限元法中非常重要的一步。网格划分是将问题的几何形状划分为一系列小的单元。这些小单元称为有限元，它们可以是三角形、四边形或其他形状。网格的划分需要根据问题的几何形状和求解精度来确定，并且需要保证各个有限元之间具有充分的连续性和相互联系，以确保模拟结果的准确性和可靠性。 3. 建立数学模型和方程 在确定问题的边界和划分网格之后，下一步是建立与物理现象相关的
数学模型和方程。根据问题的具体情况，可以使用不同类型的方程，如静力学方程、热传导方程、流体力学方程等。这些方程将物理现象转化为数学表达式，并可以通过有限元法进行求解。 4. 应用边界条件 在建立数学模型和方程之后，需要应用边界条件。边界条件可以是物体的固定边界条件，如固定端或自由端；也可以是物体的外部边界条件，如外力、温度等。边界条件的正确应用对于求解实际问题非常重要，它们将影响模拟结果的准确性和可靠性。 5. 求解数学方程 一旦建立了数学模型、划分网格并应用了边界条件，下一步就是使用数值方法求解数学方程。有限元法将整个问题转化为一个求解代数方程组的问题，并通过迭代方法求解。求解过程中需要根据初始条件和边界条件进行迭代计算，直到得到收敛的解。 通过以上的基本步骤，我们可以使用有限元法对复杂的实际工程问题进行数值求解。有限元法的优点在于可以模拟各种不同的物理现象，并且可以对复杂的几何形状进行建模和求解。它已经在结构力学、流体力学、热传导等领域得到了广泛的应用。 但是，有限元法也存在一些局限性和挑战。划分网格的过程需要一定的经验和技巧，不合理的划分会导致计算结果的误差增大。求解大规
有限元法的基本步骤 有限元法是一种数值计算方法，用于求解一般的物理问题。它将求解区域划分为许多小的有限元，然后在每个有限元中近似地求解物理方程。下面是有限元法的基本步骤。 1.问题建模和离散化： 首先，将待求解的物理问题建模为一个数学模型。确定问题的几何形状、材料特性、边界条件以及所关心的物理量等。然后，将求解区域离散化为有限个子域，即有限元。这些子域通常被称为有限元。这可以通过网格划分、三角剖分等方法完成。 2.选择适当的有限元类型： 根据问题的性质和求解的准确性要求，选择适当的有限元类型。有限元可以是线性元、二次元、高次元等。线性元是最简单的元素类型，但精度较低；高次元则可以提供更高的精度，但可能需要更多的计算资源。 3.构造刚度矩阵和载荷向量： 对每个有限元，需要确定与之相关的刚度矩阵和载荷向量。刚度矩阵描述了有限元中节点之间的刚度关系，载荷向量描述了有限元中的外部载荷。这些可以通过对有限元进行分析和积分得到。 4.组装： 将所有有限元的刚度矩阵和载荷向量组装成整体的刚度矩阵和载荷向量。这可以通过将每个有限元的局部坐标映射到全局坐标系中，然后使用节点编号等方法实现。 5.应用边界条件：
为了得到唯一的解，必须对一些节点施加边界条件。边界条件可以是位移约束、力约束或应力约束等。这些边界条件可以通过直接施加到刚度矩阵和载荷向量上，或通过修改刚度矩阵和载荷向量来实现。 6.求解： 利用数值方法求解稀疏矩阵方程组。通常使用迭代方法，如共轭梯度法、Jacobi迭代法或Gauss-Seidel法等，来求解这个方程组。 7.后处理： 在得到解后，可以通过一些后处理操作进行结果的分析和可视化。后处理可以包括计算附加的物理量，如应力、应变、位移等，并将结果可视化。 有限元法是一种广泛使用的数值计算方法，可以用于求解各种工程和科学领域的问题。它具有高精度、适用范围广等优点，并且可以随着计算资源的增加而提高计算精度。在实际应用中，根据具体问题的特点，有限元方法的步骤和细节可能会有所调整和改变，但上述基本步骤仍然适用于大多数情况。
ANSYS结构有限元分析流程 下面将介绍ANSYS结构有限元分析的流程，包括前处理、求解和后处 理三个主要步骤。 1. 前处理（Preprocessing）: 首先，需要将结构的几何形状导入到ANSYS中，并对其进行几何建模 和网格划分。几何建模可以使用ANSYS自带的几何建模工具，也可以导入CAD套件的几何模型。然后，对结构进行网格划分，将其划分为有限元网格。ANSYS提供了多种不同类型的有限元单元，可以根据具体情况选择合 适的单元类型，并进行适当的划分。 在划分网格之后，还需要定义边界条件和加载条件。边界条件包括约 束和支撑条件，用于限制结构的自由度。加载条件包括施加在结构上的载 荷和其它外部作用，如压力、温度等。这些边界条件和加载条件可以通过ANSYS界面设置或者通过命令的方式输入。 2. 求解（Solving）: 在设置好边界条件和加载条件之后，可以进行求解。ANSYS使用有限 元法将结构离散成许多小的有限元素，并通过求解线性或非线性方程组来 预测结构的响应。求解过程中需要选择求解方法、步长等参数，并可以通 过迭代求解来稳定计算过程。 在求解过程中，可以观察结构的应力、应变、变形、位移等结果，并 进行后处理分析。ANSYS提供的针对不同目的的分析工具，如静力学分析、动力学分析、热力学分析等，可以根据需要选择相应的分析类型。 3. 后处理（Postprocessing）:
求解完成后，可以对计算结果进行后处理和分析。ANSYS提供了多种 后处理工具，用于可视化计算结果、绘制结构的应力、应变、变形等图形，并进行数据分析等。可以根据需要导出计算结果，用于生成工程报告、论 文等。 此外，在分析过程中还可以根据需要进行参数化分析、优化设计等。 参数化分析可以通过改变结构的几何形状、材料性质等参数，来研究这些 参数对结构响应的影响。优化设计可以根据指定的优化目标和约束条件， 通过反复分析和优化，得到满足要求的最优结构。 总的来说，ANSYS结构有限元分析流程包括前处理、求解和后处理三 个主要步骤。通过这些步骤，可以对结构的力学行为进行模拟和分析，为 工程设计提供科学依据。
汽车轮毂有限元分析 汽车轮毂有限元分析是通过应用有限元方法进行轮毂结构的分析和优化。有限元方法是一种数值分析方法，可以将复杂的连续体结构分割成为 许多小的有限元单元，对每个小单元进行离散化的计算，再通过组装这些 小单元，来近似求解整个结构的力学行为。 轮毂在汽车中发挥着关键的作用，不仅需要具备足够的强度和刚度， 还需要考虑到其重量和制造成本。为了实现更好的性能，有限元分析可以 提供大量的设计数据和结构应力分布，从而帮助设计师确定最佳的轮毂结构。 有限元分析通常包括以下步骤： 1.几何建模：通过将轮毂几何形状离散成小单元，建立起有限元模型。这一步需要使用专业的CAD软件进行建模，以准确地描述轮毂结构。 2.材料建模：根据轮毂的实际材料特性，选择合适的材料模型，并设 定材料的弹性模量、泊松比、屈服强度等力学参数。 3.网格划分：将轮毂模型网格化，将轮毂分割成小的连续单元。合理 的网格划分可以提高计算精度和计算效率。 4.边界条件：根据实际情况，设定边界条件，如轴承支撑力、轮胎压 力等。这些边界条件对于模拟真实工作状态和载荷非常重要。 5.载荷应用：模拟轮毂在实际使用过程中受到的各种载荷，如非均匀 地面不平度、刹车力、加速度等。 6.求解方程：根据有限元法的基本原理，利用有限元软件对结构进行 计算，求得轮毂在载荷下的应力、应变等力学响应。
7.结果分析：通过分析有限元计算结果，可以得到轮毂结构的强度、 刚度、振动响应等重要性能参数，从而指导结构的优化设计。 在进行汽车轮毂有限元分析时，需要考虑到轮毂结构的复杂性和工作 条件的多样性，如静载、动载、冲击载荷等。同时，还需要考虑到材料疲劳、裂纹扩展等影响轮毂寿命的因素。 基于有限元分析的汽车轮毂优化设计可以帮助设计师实现以下目标： 1.轻量化设计：通过有限元分析可以对轮毂结构进行优化，减小重量，提高车辆的燃油经济性和操控性能。 2.强度优化：有限元分析可以帮助确定轮毂结构在各种工况下的应力 水平，以确保轮毂具备足够的强度和刚度，避免因应力过高而导致的疲劳 损伤。 3.模态分析：通过有限元分析可以计算轮毂的固有频率和模态形态， 从而预测轮毂的振动响应和共振情况。 总之，有限元分析是汽车轮毂设计中不可或缺的工具，它能够为轮毂 结构的设计和优化提供可靠的数据支持，提高轮毂的性能和寿命，为汽车 工程师提供更准确的设计方案。
有限元分析的一般过程 一、构造的离散化 将构造或弹性体人为地划分成由有限个单元，并通过有限个节点相互连接的离散系统。这一步要解决以下几个方面的问题: 1、选择一个适当的参考系，既要考虑到工程设计习惯，又要照顾到建立模型的方便。 2、根据构造的特点，选择不同类型的单元。对复合构造可能同时用到多种类型的单元，此时还需要考虑不同类型单元的连接处理等问题。 3、根据计算分析的精度、周期及费用等方面的要求，合理确定单元的尺寸和阶次。 4、根据工程需要，确定分析类型和计算工况。要考虑参数区间及确定最危险工况等问题。 5、根据构造的实际支撑情况及受载状态，确定各工况的边界约束和有效计算载荷。 二、选择位移插值函数 1、位移插值函数的要求 在有限元法中通常选择多项式函数作为单元位移插值函数，并利用节点处的位移连续性条件，将位移插值函数整理成以下形函数矩阵与单元节点位移向量的乘积形式。 位移插值函数需要满足相容〔协调〕条件，采用多项式形式的位移插值函数，这一条件始终可以满足。但近年来有人提出了一些新的位移插值函数，如：三角函数、样条函数及双曲函数等，此时需要检查是否满足相容条件。 2、位移插值函数的收敛性〔完备性〕要求： 1〕位移插值函数必须包含常应变状态。 2〕位移插值函数必须包含刚体位移。 3、复杂单元形函数的构造 对于高阶复杂单元，利用节点处的位移连续性条件求解形函数，实际上是不可行的。因此在实际应用中更多的情况下是利用形函数的性质来构造形函数。 形函数的性质： 1〕相关节点处的值为 1，不相关节点处的值为 0。 2〕形函数之和恒等于 1。 1、建立数学模型〔特征消隐，理想化，去除〕〔〔即从 CAD 几何体→FEA 几何体〕， 共有以下三法：▲ 特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。▲ 理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理▲ 去除：因为用于划分网格的几何模型必须满足比实体模型更高的要求。〕 2、建立有限元模型：〔选择网格种类及定义分析类型；添加材料属性；施加约束； 定义载荷；网格划分〕 3、求解有限元模型：再在此根底上计算应变和应力等其它物理量；在热分析中， FEA 首先计算的是网格中每个节点的温度〔标量〕，再在此根底上计算温度梯度和热流等其它物理量. 一般如果模型可划分网格，则它就可以求解，但如果没有定义材料或载荷，则求解会终止。 4、结果分析：材料线性假设、小变形假设、静态载荷假设等等。 这里我们称为的相关节点，为的相关节点，其它点均为不相关节点。 三、单元分析 目的：计算单元弹性应变能和外力虚功。 使用最小势能原理，需要计算构造势能，由弹性应变能和外力虚功两局部构成。构造已经被离散，弹性应变能可以由单元弹性应变能叠加得到，外力虚功中的体力、面力都是分布在单元上的，也可以采用叠加计算。
有限元的实施步骤 引言 有限元方法是一种用于求解工程问题的数值分析方法。它通过将连续问题离散 化为有限个小单元，然后以计算机模拟的方式求解这些小单元上的方程来近似求解原始问题。本文将介绍有限元方法的实施步骤，并使用Markdown格式进行编写。 步骤一：建立几何模型 1.确定几何模型的尺寸、形状和边界条件。 2.使用几何建模工具创建几何模型，例如计算机辅助设计（CAD）软件。 3.将几何模型导出为适合有限元分析的文件格式，例如.STL或.IGES。 步骤二：划分网格 1.将几何模型划分为有限个小单元，通常是三角形或四边形。 2.划分网格时，需要考虑到准确度和计算效率的平衡。 3.在划分网格时，要注意避免产生倾斜或退化的单元。 步骤三：确定材料属性 1.确定物体的材料属性，例如弹性模量、泊松比、密度等。 2.如果需要，可以使用实验方法或材料数据库来获得材料属性数据。 步骤四：建立边界条件 1.确定边界条件，例如加载、约束条件等。 2.边界条件可以是力、位移或温度等。 3.边界条件的选择要考虑到模拟对象的实际情况以及所需的分析目标。 步骤五：建立数学模型 1.选择适当的数学模型，例如弹性力学、热传导等。 2.根据数学模型建立有限元方程，例如弹性力学中的应力平衡方程。 步骤六：求解有限元方程 1.将有限元方程转化为线性代数方程组。 2.使用数值方法（例如矩阵求解方法）求解线性代数方程组，得到近似 解。 3.可以使用现有的数值计算软件（例如MATLAB、Python等）来实现 求解过程。
步骤七：后处理结果 1.对求解结果进行后处理，例如计算变形、应力、温度等。 2.可以使用可视化工具将结果以图形的形式展示出来，进一步分析和评 估模拟结果。 结论 有限元方法是一种求解工程问题的重要数值分析方法，它通过将连续问题离散化为有限个小单元来近似求解原始问题。本文介绍了有限元方法的实施步骤，包括建立几何模型、划分网格、确定材料属性、建立边界条件、建立数学模型、求解有限元方程和后处理结果等。通过遵循这些步骤，可以有效地应用有限元方法解决工程问题。
1.软件形式： ㈠. SolidWorks的内置形式： ◆COSMOSXpress——只有对一些具有简单载荷和支撑类型的零件的静态分析。 ㈡. SolidWorks的插件形式： ◆COSMOSWorks Designer——对零件或装配体的静态分析。 ◆COSMOSWorks Professional——对零件或装配体的静态、热传导、扭曲、频率、掉落测试、优化、疲劳分析。 ; ◆COSMOSWorks Advanced Professional——在COSMOSWorks Professional的所有功能上增加了非线性和高级动力学分析。 ㈢. 单独发行形式： ◆COSMOS DesignSTAR——功能与COSMOSWorks Advanced Professional相同。 2.使用FEA的一般步骤： FEA=Finite Element Analysis——是一种工程数值分析工具，但不是唯一的数值分析工具！其它的数值分析工具还有：有限差分法、边界元法、有限体积法… ①建立数学模型——有时，需要修改CAD几何模型以满足网格划分的需要， ） （即从CAD几何体→FEA几何体），共有下列三法： ▲特征消隐：指合并和消除在分析中认为不重要的几何特征，如外圆角、圆边、标志等。 ▲理想化：理想化是更具有积极意义的工作，如将一个薄壁模型用一个平面来代理（注：如果选中了“使用中面的壳网格”做为“网格类型”，COSMOSWorks会自动地创建曲面几何体）。 ▲清除：因为用于划分网格的几何模型必须满足比实体模型更高的要求。如模型中的细长面、多重实体、移动实体及其它质量问题会造成网格划分的困难甚至无法划分网格—这时我们可以使用CAD质量检查工具（即SW菜单: Tools→Check…）来检验问题所在，另外含有非常短的边或面、小的特征也必须清除掉（小特征是指其特征尺寸相对于整个模型尺寸非常小！但如果分析的目的是找出圆角附近的应力分布，那么此时非常小的内部圆角应该被保留）。 ②建立有限元模型——即FEA的预处理部分，包括五个步骤： ▲选择网格种类及定义分析类型（共有静态、热传导、频率…等八种类别）——这时将产生一个FEA算例，左侧浏览器中之算例名称之后的括号里是配置名称； ▲添加材料属性: 材料属性通常从材料库中选择，它不并考虑缺陷和表面条件等因素，与几何模型相比，它有更多的不确定性。