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第六章 计算机辅助工程分析

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CAM CAD考试题

CAM CAD考试题

机械CAD/CAM习题第一章 CAD/CAM技术概述选择题1．下述CAD/CAM过程的操作中，属于CAD范畴的为（ A ）。

CAD范畴几何造型工程分析仿真模拟图形处理A.模拟仿真B.CAPPC.数控加工D.GT2.下述CAD/CAM过程的操作中，属于CAD的范畴的是（ D ）。

A.CAPP B．CIMSC．FMS D．几何造型3．以下不属于CAD/CAM系统的基本功能的是（ D ）。

人机交互图形显示存储输入输出A.图形显示功能B. 输入输出功能C. 交互功能D. 网络功能4. 以下不属于输出设备的是（ A ）A. 操纵杆B. 打印机输入设备：操纵杆光笔数字化仪鼠标键盘C. 绘图机D. 显示器输出设备：绘图仪图形终端打印机硬盘机磁带机5. 以下软件中，（ C ）是操作系统。

A. Word2000B. Autocad 几何建模工具SOLIDworks/dge pro/e ug-iiC. Windows95D. Pro-E 操纵系统 Windows98 Windows2000 WindowsNT PCDOS6. 计算机辅助制造进行的内容有（ C ）（工程绘图几何建模计算分析优化设计有限元分析计算机辅助工艺设计数控编程动态仿真计算机辅助测试技术工程数据管理）A. 进行过程控制及数控加工B. CADC. 工程分析D. 机床调整7.应用软件是在操作系统、( C )基础上针对某一专门的应用领域而研制的软件.A. CAD 软件B. CAM软件C. 支撑软件D. 编译系统8．（ D ）是CAD/CAM系统的核心。

A. 系统软件B. 支撑软件C. 应用软件D. 数据库9.机械CAD/CAM系统中，CAE是指（ C ）。

A.计算机辅助设计B.计算机辅助制造C.计算机辅助工程分析D.计算机辅助工艺过程设计10.把CAD和CAM的信息连接起来，实现CAD/CAM一体化的关键性中间环节是（ C ）A. CADB. CAMC. CAPPD. CAE填空题：1.CAD/CAM系统是由: 人、硬件和软件组成。

教学大纲—计算机辅助工程分析

教学大纲—计算机辅助工程分析

教学大纲—计算机辅助工程分析计算机辅助工程分析是计算机科学与工程学科下的一门重要课程，主要培养学生对工程项目进行分析和评估的能力。

本课程旨在通过理论学习和实践操作，培养学生运用计算机辅助工程分析方法进行工程项目分析的能力，为工程设计和决策提供科学依据。

一、课程目标本课程的主要目标是让学生掌握计算机辅助工程分析的基本原理和方法，具备独立运用计算机辅助工程分析软件进行工程项目分析的能力，能够在工程设计和决策中运用所学知识提供科学依据。

二、教学内容和安排1.引言1.1计算机辅助工程分析的概述1.2计算机辅助工程分析的发展历程1.3计算机辅助工程分析软件的应用领域和特点2.工程分析的基本原理2.1工程分析的概念和分类2.2工程分析的基本原理和方法2.3工程分析的数据源和准备3.计算机辅助工程分析软件介绍3.1常用计算机辅助工程分析软件的功能和特点3.2计算机辅助工程分析软件的选择和使用原则3.3计算机辅助工程分析软件的使用技巧4.工程分析的具体应用4.1结构分析4.2流体力学分析4.3电磁场分析4.4热传导分析4.5优化设计分析5.工程分析案例分析与实践操作5.1基于计算机辅助工程分析软件的案例分析5.2基于计算机辅助工程分析软件的实践操作5.3实践操作的数据分析和结果展示三、教学方法本课程采用理论讲授与实践操作相结合的教学方法。

理论讲授部分通过教师授课、课堂讨论和案例分析等方式进行。

实践操作部分利用计算机辅助工程分析软件进行案例模拟操作，学生将在实验室完成相应实验，并对实验数据进行分析和结果展示。

四、考核方式本课程的考核主要根据学生的平时表现、课堂参与、实验报告和期末考试等方式进行综合评定。

具体考核比例为平时表现占20%，实验报告占30%，期末考试占50%。

五、参考教材1.《计算机辅助工程分析原理与实践》葛亭亭，李晓明，机械工业出版社，2024年2.《计算方法在工程分析中的应用》吴浩，电子工业出版社，2024年六、教学评价与优化本门课程应及时收集学生的意见和建议，及时进行课程评价和改进。

计算机辅助工程分析课件

计算机辅助工程分析课件
详细描述
利用数值模拟软件对桥梁结构进行静力分析和动力分析，评估桥梁在不同载荷下的稳定性，优化桥梁设计，提高其承载能力和稳定性。
总结词
通过计算机辅助工程分析，预测飞机起落架的疲劳寿命，提高飞机的安全性和可靠性。
要点一
要点二
详细描述
利用疲劳分析软件对飞机起落架进行疲劳寿命预测，考虑各种载荷和环境因素对起落架的影响，评估起落架的疲劳寿命和可靠性，优化起落架设计。
电磁兼容性分析
预测电子产品在不同电磁环境下的性能表现和干扰程度。
计算机辅助工程分析的软件与工具
总结词
详细描述
总结词
详细描述
总结词
详细描述
广泛应用的有限元分析软件
ANSYS是一款功能强大的有限元分析软件，广泛应用于各种工程领域。它提供了广泛的物理场模拟能力，包括结构、流体、热、电磁等，能够进行多物理场耦合分析。
总结词
详细描述
优点
缺点
边界元分析的基本思想是将偏微分方程转化为边界积分方程，只需求解边界上的节点，降低了问题的维数，提高了计算效率。
边界元分析适用于具有规则边界的问题，计算效率较高。
对于复杂边界和多维问题，边界元分析可能变得复杂且不易处理。
边界元分析是一种数值分析方法，通过将偏微分方程转化为边界积分方程，利用计算机进行求解。
SolidWorks Simulation是一款基于SolidWorks平台的有限元分析软件，具有与SolidWorks无缝集成的优势。它提供了易于使用的界面和向导，可以帮助用户快速建立和分析模型。
适用于中小型企业的有限元分析解决方案
SolidWorks Simulation是一款适用于中小型企业的有限元分析解决方案，具有价格实惠、易于使用和集成等优点。它提供了广泛的分析工具和材料库，可以帮助用户进行各种工程分析。

计算机辅助工程分析

计算机辅助工程分析

计算机辅助工程分析思考题1.计算机辅助工程分析的作用有哪些？2.试述有限元法的基本原理。

3.为什么要进行有限元分析的前置处理？前置处理有哪些功能？4.有限元分析后置处理的主要任务是什么？5.何谓优化设计？它的关键工作是什么？6.分析设计变量、目标函数、约束条件之间的关系。

7.何谓设计空间？8.总结建立数学模型的一般过程。

9.选择优化方法要考虑哪些因素？10.归纳优化设计的一般过程。

11.何谓仿真？它在工程中起什么作用？12.何谓物理仿真和数学仿真？二者存在什么关系？13.举例说明计算机仿真的意义。

14.分析计算机仿真的过程。

15.举例说明仿真在CAD/CAM系统中的应用。

课后练习1.在有限元分析中，形成总体刚度矩阵，是按（）原则进行。

A. 按行叠加B. 按列叠加C. 按点叠加D. 按块叠加2.在优化设计中，设计变量是指在优化设计过程中需要进行优化选择的那些变量，它们必须是一些（）A. 线性相关的基本参数B. 相互独立的基本参数C. 几何参数D. 性能参数3.用有限元求解问题时，决定单元信息数据量的因素之一是（）A. 单元的数目B. 单元的编号C. 单元的重量D. 单元的位置4.机械优化设计问题，大多数属于多变量的（）A. 无约束线性规划问题B. 约束线性规划问题C. 无约束非线性规划问题D. 约束非线性规划问题5.有限元分析方法用于机床主轴系统分析的目的是（）A. 进行主轴可加工性分析B. 进行动静热特性分析C. 进行经济性能分析D. 进行装配工艺分析6.通过优化计算，得到最优切削速度如下：最低成本切削速度Vc，最大利润切削速度Vp，最大生产率切削速度Vt，此时Vt与Vc与Vp的比较关系应为（）A. Vt>Vc,Vt<VpB. Vt>Vc,Vt>VpC. Vt<Vc,Vt<VpD. Vt=Vc=Vp7.传统的由人完成的机电产品设计，一般难以做到（）A. 类比设计B. 模型设计C. 经验设计D. 优化设计8.在计算机辅助设计中应用优化设计方法时，关键需要解决的问题是（）A.选择优化问题的目标函数B.确定优化问题可行域C.确定设计常量D.选择适用的优化方法和建立优化设计问题的数学模型。

第6章(106)

第6章(106)
• “预览”按钮：按下该按钮，可以在改变参数时动态 观察网格划分的情况。
• “中节点”下拉列表框：用于设置中节点的方式，有 混合、弯曲和线性3种。
• “最大雅可比矩阵值”文本框：用于设置创建网格时 雅可比矩阵的最大值。
创建一个网格划分类型为四节点四面体单元的实体网格， 其效果如图6.10所示。
第6章 计算机辅助工程分析 图6.9 “3D网格”对话框
第6章 计算机辅助工程分析 图6.5 有限元分析场景的快捷菜
第6章 计算机辅助工程分析
用鼠标右键单击有限元分析模型(如图6.6所示)， 将打开快捷菜单，可以利用该快捷菜单创建各种参数， 如图6.7所示。
第6章 计算机辅助工程分析 图6.6 有限元分析模型
第6章 计算机辅助工程分析 图6.7 快捷菜单
第6章 计算机辅助工程分析 图6.15 “材料”对话框
第6章 计算机辅助工程分析 图6.16 “搜索结果”对话框
第6章 计算机辅助工程分析 图6.17 被选中的Iron_40的部分力学性能
第6章 计算机辅助工程分析
6．有限元分析任务的创建 在有限元模型创建完后，用户可以通过创建一个分 析任务，来确定要进行分析的内容，并把模型的参数和 处理任务的数据提交给分析器。
第6章 计算机辅助工程分析
在“结构控制”工具栏中单击 图标，将打开如图 6.18所示的建立有限元分析的“解算”对话框，在该对话 框中可进行指定打印输出、适应性分析、疲劳分析选项设 置等。单击其中的“指定打印输出”按钮，可选择打印输 出的数据类型和文件夹位置，如图6.19和图6.20所示。
第6章 计算机辅助工程分析 图6.18 “解算”对话框
④ 垂直于：要求在垂直于某个面的方向输入数值以确 定载荷的大小。

计算机辅助工程分析介绍

计算机辅助工程分析介绍

Loyalty Fair Opening Win-win计算机辅助工程分析介绍一：计算机辅助工程的概念CAE 就是指计算机辅助工程 (Computer Aided Engineering ) ，是指设计人员在工程产品生产以前借助计算机对其设计方案进行精确的试验、分析和论证。

作为一项跨学科的数值模拟分析技术，它是有限元、有限体积以及有限差分等方法与计算机技术结合的产物。

随着计算机技术的高速发展，CAE技术越来越受到科技界和工程界的重视。

因此，计算机辅助工程分析是机械产品设计过程中的一个重要环节，运用计算机辅助工程分析可以对产品进行动静态分析、过程模拟及优化设计。

通过分析可以及早发现产品设计中的缺陷，减少设计的盲目性，使产品设计由经验设计向优化设计转变，从而提高产品的竞争力。

二：有限元分析有限元法是求解数理方程的一种数值计算方法，是求解工程实际问题的一种有力的数值计算工具，是20 世纪60 年代以来发展起来的新的数值计算方法。

随着计算机技术的发展，有限元法在各个工程领域中不断得到深入应用，现已遍及宇航工业、核工业、机电、化工、建筑、海洋等工业，是机械产品动、静、热特性分析的重要手段。

Loyalty Fair Opening Win-win基本思路：将一个形状复杂的连续体的求解区域分解成有限个单元组成的等效组合体，通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量( 应力、位移、压力和温度等 )问题简化为求解有限个单元节点上的场变量值。

优点：求解的基本方程是一个代数方程组，而不是描述真实连续体场变量的微分方程组，从而大大降低了求解的难度。

但求解的精度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。

利用有限元这一先进的技术，在设计阶段就可以预测产品的性能，减少许多原型制造及测试实验工作，这样即可以缩短产品设计周期、节省实验费用，又可以优化产品的设计，避免了产品的大储备设计及不足设计。

第六章 计算机辅助工程分析


一、概述
• 机械产品传统设计过程
概念设计 详细设计 物理样机试制 样机的测试、评估
概念设计
详细设计
物理样机
评估: a) 费用 b) 性能 c) 质量 d) 生产性
定型生产
大循环 过程:
重新设计
符合设计要求吗 ?
不符合
符合
有
还有时间 和经费吗 ?
没有或不足
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一、概述
• 采用CAE技术后的机械产品设计过程
计算机辅助设计及制造
第六章 计算机辅助工程分析
CAE
一、概述
计算机辅助工程（ CAE ： Computer Aided Engineering) 是 产品数字化设计中的仿真分析技术的通称，它主要对设计出的 数字化产品进行性能仿真、评价和预测，并可对数字化产品进 行优化设计，对提高新产品的设计质量和水平有不可替代的作 用，可以说CAE技术是产品数字化设计阶段的设计验证及先进 数字仿真分析手段。因此，不管是全新产品开发还是老产品改 型设计，都离不开CAE技术的支持。 到目前为止，虽然对CAE技术尚无统一而确切的定义，但 大多数人认为CAE是各种计算机辅助分析技术的总称，包括有 限元分析、机构运动和动力仿真、优化设计、物理特性分析、 实验数据处理等。CAE技术的正确应用，可以有效地提高产品 的质量和性能。
• 有限元法 • 有限元法解题思路与步骤
• 有限元法的前置处理
• 有限元法的后置处理 • 通用有限元分析软件
• 有限元法工程应用
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二、有限元法
工程分析的方法一般有：解析法和数值法
解析法只能用于求解简单问题（几何边界规则）
复杂的工程问题多应用数值法求近似解

计算机辅助工程分析

计算机辅助工程，即CAE (Computer Aided Engineering)，是一个涉及面广、集多学科与工程技术于一体的综合性、知识密集型技术。

在产品开辟阶段，企业应用CAE 能有效地对零件和产品进行仿真检测，确定产品和零件的相关技术参数，发现产品缺陷、优化产品设计，并极大降低产品开辟成本。

在产品维护检修阶段能分析产品故障原因，分析质量因素等。

目前，CAE 主要应用于汽车、航空、电子、土木工程、通用机械、刀兵、核能、石油和化工等行业。

CAE 有限元前处理后处理CAE (Computer Aided Engineering)英文翻译是计算机辅助工程，泛指包括分析、计算和仿真在内的一切研发活动。

传统的 CAE 主要是指工程设计中的分析计算和分析仿真，其核心是基于计算力学的有限元分析技术。

创造工程协会SAE (Society of Manufacturing Engineering)将计算机辅助工程(CAE)作为CIM (Computer Integrated Manufacturing )技术构成进行如下定义：分析设计和进行运行仿真，以决定它的性能特征和对设计规则的遵循程度。

CAE 技术是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术，CAE 软件是由计算力学、计算数学、结构动力学、数字仿真技术、工程管理学与计算机技术相结合，而形成一种综合性、知识密集型信息产品。

在近20 年来市场需求的推动下，CAE 技术有了长足的发展，它作为一项跨学科的数值摹拟分析技术，越来越受到科技界和工程界的重视。

21 世纪，是信息时代，随着计算机技术向更高速和更小型化的发展，分析软件的不断开辟和完善以及网络通讯的普及， CAE技术的应用将愈来愈广泛并成为衡量一个国家科学技术水平和工业现代化程度的重要标志。

CAE 是以有限元法、有限差分法及有限体积法为数学基础发展起来的。

其中有限元分析在CAE 中运用最广，基于有限元技术的CAE 软件，在数量及应用范围上都处于主要地位。

计算机辅助工程分析课件


06
计算机辅助工程分析案例 研究
案例一：汽车碰撞安全性仿真分析
总结词
通过计算机辅助工程分析，模拟汽车 碰撞过程，评估汽车安全性。
详细描述
利用有限元分析软件，建立汽车碰撞 模型，模拟不同碰撞场景下汽车结构 和乘员的安全性，为汽车设计提供优 化建议。
案例二：桥梁结构稳定性分析
总结词
通过计算机辅助工程分析，评估桥梁在不同载荷下的稳定性 。
多尺度分析
01
02
03
多尺度分析是CAE中的 另一个重要方向，能够 模拟不同尺度上的物理
行为。
多尺度分析涉及到从微 观到宏观的各种尺度， 需要建立不同尺度之间 的联系和转换关系。
随着计算机技术的不断 发展，多尺度分析的精 度和效率将得到进一步 提高，能够更好地应用
于实际工程问题。
人工智能与机器学习在CAE中的应用
02
计算机辅助工程分析的方 法与技术
有限元分析
• 总结词：有限元分析是一种将连续的物理系统离散为有限个小的单元，通过数学模型描述各单元之间的相互作 用，从而解决复杂工程问题的数值计算方法。
• 详细描述：有限元分析的基本思想是将连续的求解域离散为有限个小的单元，这些单元通过节点相互连接。通过将每个单元的近似解代入到整个系统的平衡方程中，可以求解出各节点 的位移和应力等物理量。
早期阶段
CAE技术起源于20世纪50年代 ，主要用于结构分析和有限元
方法。
当前阶段
CAE技术已经广泛应用于各个 工程领域，包括航空、汽车、 机械、电子等。
发展阶段
随着计算机技术的进步，CAE 技术在70-80年代得到快速发展 和应用。
未来趋势
随着计算机技术和算法的发展 ，CAE技术将更加智能化、自

计算机辅助工程

三维实体造型
工程设计项目和机械产品都是三维空间的形体。在设计过程中，设计人员构思形成的也是三维形体。CAE技 术中的三维实体造型就是在计算机内建立三维形体的几何模型，记录下该形体的点、棱边、面的几何形状及尺寸， 以及各点、边、面间的连接关系。
数据交换技术
CAE系统中的各个子系统，个个功能模块都是系统有机的组成部分，它们都应有统一的几类数据表示格式， 是不同的子系统间、不同模块间的数据交换顺利进行，充分发挥应用软件的效益，而且应具有较强的系统可扩展 性和软件的可再用性，以提高CAE系统的生产率。各种不同的CAE系统之间为了信息交换及资源共享的目的，也应 建立CAE系统软件均应遵守的数据交换规范。目前，国际上通用的标准有GKS、IGES、PDES、STEP等。
简介
随着计算机技术及应用的迅速发展，特别是大规模、超大规模集成电路和微型计算机的出现，使计算机图形 学（Computer Graphics，CG）、计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）与计算机辅助制造 （Computer Aided Manufacturing，CAM）等新技术得以十分迅猛的发展。CAD、CAM已经在电子、造船、航空、 航天、机械、建筑、汽车等各个领域中得到了广泛的应用，成为最具有生产潜力的工具，展示了光明的前景，取 得了巨大的经济效益。
复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作，使工程分析更快、更准确。在产品的设 计、分析、新产品的开发等方面发挥了重要作用，同时CAE这一新兴的数值模拟分析技术在国外得到了迅猛发展， 技术的发展又推动了许多相关的基础学科和应用科学的进步。
在影响计算机辅助工程技术发展的诸多因素中，人才、计算机硬件和分析软件是三个最主要的方面。现代计 算机技术的飞速发展，已经为CAE技术奠定了良好的硬件基础。多年来，重视CAE技术人才的培养和分析软件的开 发和推广应用，发达国家不仅在科技界而且在工程界已经具有一支较强的掌握CAE技术的人才队伍，同时在分析 软件的开发和应用方面也达到了较高水平。
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延边大学 工学院
6
有限元法
有限元法的发展历史
有限元思想可追溯到 1943年数学家 Courant 的工作，他利用三 角形单元和最小势能原理研究了St.Venant 扭转问题。由于当时 计算机尚未出现，他的思想没有引起足够重视。 直到 1956年计算机开始应用于工程分析和计算领域，美国工程师 Turner 才将这一思想发展成矩阵位移法。 1960 年加利福尼亚大学伯克利分校的教授 Clough 将这一新的工 程计算法由航空结构工程扩展到土木工程，并正式命名为FEM. 七十年代以后，随着计算机技术的不断发展，国外推出了许多大型 的通用有限元分析程序。有限元的应用也从结构分析领域逐步扩展 到了其他工程技术领域，包括固体力学、流体力学、传热学和电磁 学。
29
仿真技术
计算机仿真的应用：
系统分析 制成训练用的仿真器
计算机仿真意义：
替代许多难以或无法实施的实验 解决一般方法难以求解的大型系统问题 降低投资风险、节省研究开发费用 避免实际实验对生命、财产的危害 缩短实验时间、不受时空限制
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30
仿真技术
计算机仿真的一般过程
计算机仿真的基本方法：
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3
计算机辅助工程分析
◆ CAE( Computer Aided Engineering )
随着高性能计算机和图形显示设备的不断发展，人们以先进的计算机 软硬件为物质基础，综合运用各种先进的优化设计技术、产品动态分 析技术和计算技术来进行各种复杂的工程计算和分析活动。 研究产品性能的优化、模拟工程产品的未来工作状态和运动行为、及 早发现各种设计缺陷、验证工程产品功能与性能的可用性和可靠性、进 行产品性能的预测、评估和产品结构的分析与模拟仿真等。 ◆ 由于涉及到产品样机的试制和基于实物模型的各种试验，在传统的产品 设计和工作中，研究开发过程的成本和时间开销占产品总成本和市场响 应周期的比例通常都在 60 % 以上甚至更高。
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27
仿真技术
仿真的基本概念
仿真是指通过对模拟系统的实验去研究一个存在或设计 中的系统。 常规产品开发过程
要先后经历产品的概念设计和方案论证、产品设计与工程绘图、产品 物理样机制造、性能测试与分析、设计改进、实物样机重新制造、性 能测试与分析，。。。，如此反复迭代直到获得满意的产品性能为止。 实际工程应用中，有些产品的性能试验是十分危险，如航天飞机、火 箭、卫星等。因此新产品的研制过程中过多的物理样机制造和测试将需 要投入大量的人力和物力。
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17
有限元法
后置处理的主要功能
对应力和位移排序、求极值点，检查应力和位移是否超出规定 值并以不同的颜色等适当的方法表示出来。 显示各单元和节点的应力分布情况，为结构优化提供直观的信 息。 以动画方式模拟结构体的变形过程，从而可以更加直观地显示 零件在载荷的作用下的变形情况。 生成应力、应变和位移的彩色浓淡图、等值线、等位面、剖切 面和矢量图，绘制应力-应变曲线等。
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8
有限元法
有限元法的应用领域与对象
有限元法已成为连续介质问题解法中最活跃的分支，它能解决 的工程问题已由弹性力学中的平面问题扩展到空间问题和板壳 问题，由静力平衡问题扩展到稳定性问题、动力学问题和波动 问题，由线性问题扩展到非线性问题。 分析对象已从弹性材料扩展到塑性、粘弹性、粘塑性和复合材 料问题，其应用范围也由传统的结构分析领域扩展到结构优化 和设计自动化领域，从固体力学扩展到流体力学、传热学和电 磁学等诸多工程领域。
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有限元法
后置处理
有限元分析的后置处理主要用于对分析结果进行综合归纳， 并进行可视化处理。 有限元分析之后，由于节点的数目非常多，所以需要输出的 应变、应力和位移数量也相当大。如果靠人工来分析和处 理，不仅工作量大，不直观，而且容易出错。 通过后置处理自动分析和处理，还可以更加直观地显示出应 变、应力或位移的分布图，以便观察和分析计算的结果，并 从数据中提炼出设计者最为关心的结果，检验和校核产品设 计的合理性。
用有限元法进行结构分析之前，要按照所使用的单元类型对结构 进行剖分、根据要求对节点进行顺序编号、输入单元特征及节点坐 标、生成网格图像并显示在屏幕上，为了决定是否使用或修改，显 示的图像应带有节点和单元标号以及边界条件等信息。
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有限元法
前置处理程序：
♦ 生成节点坐标 ♦ 生成网格单元 ♦ 修改和控制网格单元 ♦ 引进边界条件 ♦ 单元物理几何属性编辑 ♦ 单元分布载荷编辑
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有限元法
有限元法的机械工程领域中的应用 ◆ 产品的优化设计
通常将有限元法作为一种结构分析工具，通过对产品多种结构方案进 行分析计算和对比分析，按强度、刚度和稳定性等要求对设计方案进行 反复修改和优选，得到应力和应变分布较合理及经济性较好的结构设计 方案。 当一个实际产品结构件在使用和工作过程中发生断裂、出现裂纹或磨 损等现象时，可以用有限元法对造成这些现象的原因进行精确分析，以 便寻找相应的改进方法或找出危险区域和部位. ◆ 广泛应用于齿轮、轴、滚动轴承、活塞、压力容器和箱体等零部件的应 力和变形计算，滑动轴承润滑分析、焊接残余应力及材料的变形等问题。
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有限元分析软件简介
NASTRAN
1966 年美国航空航天局 NASA 为了满足航空航天工业领域对 结构分析的软件要求，委托 MSC 公司研制了 NASTRAN 有 限元分析软件。 经过多年的发展，使 NATRAN 软件的功能更加完善和强大， 逐步成为有限元分析领域的行业标准，在计算机辅助工程软件 市场一直居于领导地位。 NASTRAN 的计算结果经常被用作评估其他有限元分析软件精 度的参照标准，而目前市场上的主流 CAD/CAM 软件都提供 了与 NASTRAN 的数据接口。
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有限元分析软件简介 ANSYS
ANSYS 是美国 ANSYS 公司开发的融结构、流体、电场、磁 场、声场分析于一体的大型有限元分析软件，它与各种主流 CAD 软件有数据接口，以便实现数据的共享和交换。 该软件主要包括三个部分：前置处理模块、有限元分析计算 模块、后置处理模块。 ANSYS 最独特的功能是其多物理场分析技术，所谓多物理场 （也称耦合场）是指热场、流场和结构应力场等多场耦合，其 支持的耦合类型包括：热-应力、磁-热、磁-结构；流体-结构、 热-电；电-磁-热-流体-应力。
◆ 方法：有限元法、优化设计、仿真技术、试验模态分析
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5
有限元法
有限元法简介
有限元法（FEM: Finite Element Method)是求解复杂工程问题 的一种近似数值分析方法。
概念
原理
♦ 从数学的观点看，它的基础是变分原理和部分插值。 ♦ 将一个复杂结构的连续体离散化为容易分析的简单的有限个单元，且 这些单元通过有限个节点连接，承受等效的节点载荷。 ♦ 在计算求解时先按照平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这 些单元重新组合起来进行综合求解。 ♦ 由于连续体剖分成的单元个数是有限的，节点的数目也是有限的，所 以将这种分析方法称为有限元法
延边大学 工学院
26
有限元分析软件简介
NASTRAN 产品作为目前功能最全面、应用最广泛的大型通用 结构有限元分析系统，它不仅包括静力、模态、屈曲、热应力、 流固耦合等基本分析模块，还包括：
♦ 动力学分析模块 ♦ 热传导分析模块 ♦ 非线性分析模块 ♦ 气动弹性分析模块
尤其是气动弹性分析功能包括各种静态和动态的气动弹性相应 分析和颤振分析，在飞机、导弹、斜拉桥、电视发射塔等结构 设计中有着十分广泛的应用。
第六章 计算机辅助工程分析
学习目标
◆ 了解工程分析在设计/制造中的重要性 ◆ 学习和理解有限元法的基本概念和步骤 ◆ 学习仿真的概念，了解计算机仿真的一般过程。 为使用计算机辅助工程分析（CAE）软件进行工 程分析奠定基础。
学习重点：有限元法、仿真技术的概念
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1
学习内容
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28
仿真技术
仿真的类型
物理仿真
♦ 物理模型与实际之间具有相似的物理属性，物理模型多采 用已试制出的样机或与实际近似等效的代用品。
数学仿真（计算机仿真）
♦ 建立系统的可以计算的数学模型，并据此编制成仿真程序 存入计算机进行仿真试验，掌握实际系统在各种内外因素 变化下性能的变化规律。
延边大学 工学院
延边大学 工学院
10
◆ 产品的分析、诊断
有限元法
延边大学 工学院
11
有限元法
有限元法结构分析过程 前置处理 有限元分析计算 后置处理
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12
有限元法
有 限 元 分 析 系 统 结 构
延边大学 工学院
13
有限元法
前置处理
采用手工方法建立有限元分析模型不仅费时费力，还容易出 错，而且模型的复杂程度将受到很大的限制，有些复杂的模 型很难用手工建立。 克服上述问题应用计算机和交互式图形显示技术来建立有限 元模型并完成数据输入，此过程称有限元的前置处理。采用 这种方法将显著减少建立有限元模型和数据输入所需的人力 和时间。
♦ 将实际系统抽象描述为数学模型，再转化成计算机求解的仿真模 型，然后编制程序，上机运行，进行仿真实验并显示结果。
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7
有限元法
有限元法的特点
有限元法利用离散化将无限自由度的连续体力学问题变成 有限单元节点参数的计算，这种方法概念清晰，通用性和 灵活性兼备，能妥善处理各种复杂情况，虽然它的解是近 似的，但通过适当选择单元的形状和大小，可使近似解无 限接近理论解。 有限元引入边界条件的办法简单，并且通常采用矩阵形式 来描述，因此非常便于计算机编程后自动求解。