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UGNX8 5有限元分析前提知识 简介 有限元法基础知识介绍有限元分析操作流程介绍UGNX有限元分析介绍有限元分析结果评价的常见方法有限元分析学习的基本方法 1 1有限元法概念 问题引出 规则截面零件可以利用理论公式计算应力 应变等 但变截面或者复杂截面 如图所示 复杂截面采用近似法 已知弹性模量E 杆长L 各段横截面A 并且 刚度K AE L 1 2有限元法概念 近似解法的推导过程 2020 3 7 1 3有限元法概念 基本思想 物体离散化 分析对象 机构 建筑 单个零件 机械系统 声场 电磁场 离散成各种单元组成的计算模型 连续问题 变成离散问题 无限自由度问题 变成有限自由度问题 计算结果是实际情况的近似 单元特性分析 选择位移模式 分析单元的力学性质 计算等效节点力 单元组集 求解未知节点位移 由分到合 利用平衡边界条件把各单元重新连接起来 形成整体有限元方程 1 4有限元法概念 计算基本流程 1 5有限元法概念 有限元模型的构建 理想化的数学抽象 节点 空间中的坐标位置 具有一定自由度和存在相互物理作用 单元 一组节点自由度间相互作用的数值 矩阵描述 称为刚度或系数矩阵 单元有线 面或实体以及二维或三维的单元等种类 有限元模型 由一些单元组成 单元之间通过节点连接 并承受一定载荷和约束 ROTZ UY ROTY UX ROTX UZ 1 6有限元法概念 自由度和约束 用于描述一个物理场的响应特性 点 质量 线 弹簧 梁 杆 间隙 面 薄壳 二维实体 轴对称实体 线性 二次 体 三维实体 线性 二次 1 7有限元法概念 单元类型 前处理 分析计算 后处理 2 1有限元法概念 软件操作基本流程 2 2有限元的分类 1 有限元法可以分为两类 即线弹性有限元法和非线性有限元法 线弹性有限元是以理想弹性体为研究对象的 所考虑的变形建立在小变形假设的基础上 在这类问题中 材料的应力与应变呈线性关系 满足广义胡克定律 线弹性有限元一般包括线弹性静力学分析与线弹性动力学分析两方面 2 2有限元的分类 2 其中线弹性有限元法是非线性有限元法的基础 二者不但在分析方法和研究步骤上有类似之处 而且后者常常要引用前者的某些结果 非线性问题与线弹性问题的区别 1 非线性问题的方程是非线性的 一般需要迭代求解 2 非线性问题不能采用叠加原理 3 非线性问题不总有一致解 有时甚至没有解 非线性有限元包括 材料非线性问题 几何非线性和接触边界非线性等三个工程常见类型 2 3常见有限元商业软件 Msc Nastran 著名结构分析软件 由NASA研制 近年来衍生出MDNastran NXNastran MIDASNastranFX等 MSC Dytran 动力学分析软件 Ansys 通用结构分析软件 Adina 非线性分析软件 Abaqus 非线性分析软件 3 1UGNX有限元分析的文件结构形式1 主模型部件 prt 理想化部件 i prt 有限元模型部件 fem fem 仿真模型部件 sim sim 3 2UGNX有限元分析的文件结构形式3 MasterPart IdealizePart1 FEM1 FEM2 SIM1 IdealizePart2 SIM2 FEM3 FEM4 3 3UG有限元分析的文件结构含义 主模型部件 分析的原始设计部件包含主模型 装配 未修改的部件几何体 理想化部件 是原始部件的一个相关拷贝 提升体可进行编辑 以提高分析质量 有限元文件包含材料属性 网格属性 单元类型和大小等 仿真文件包含所有的仿真数据 求解方案 求解步骤 边界条件 3 4UGNX提供了两种工作流程 UGNX提供了两种工作流程 分别为自动式和显式两种工作流程方式 如表所示 3 5UGNX有限元分析的工作流程 打开文件 进入高级仿真应用模块 创建FEM和SIM文件 指定求解器 决定设置环境和网格语言 创建Solution 理想化几何体 移除细节特征 分割几何体 创建中面等 显示FEM文件 准备划分网格 定义材料属性和网格的物理属性 检查网格质量 显示SIM文件 应用载荷和约束到模型 求解 进入后处理检查结果 3 6仿真导航器窗口分级树及其主要节点 UGNX高级仿真的导航器是一个图形化 交互式的分级树状形式 用来显示仿真文件和解算结果的结构关系 节点内容及其是否处于激活状态 也方便结果的查看和评估操作 包括仿真 前处理 导航器窗口和后处理导航器窗口 其中仿真导航器窗口分级树中的主要节点内容 文件名称如图所示 仿真导航器窗口分级树及其主要节点 4有限元分析结果评价的常见方法 以线性静力学分析为例 其解算后的结果包括变形位移 应力 应变和反作用力等项目及其相应的数值 而最为常用需要评价的是位移和应力两个指标 1 变形位移分析模型在工况条件下 其受到边界约束和施加载荷后引起的最大变形位移 不能超过设计要求的允许值 判断式简化为 max 0 1 1 2 应力分析模型在工况条件下 其受到边界约束和施加载荷后的最大应力响应值 不能超过材料自身的许用应力值 判断式简化为 max 0 1 2 5有限元分析学习的基本方法 掌握有限元分析相关的基础课程和专业知识 比如 材料力学 弹性力学 有限元基础 振动基础等等 先从线性静力学结构分析学起 掌握一些有限元分析的基本术语 熟练掌握有限元分析的工作流程和关键步骤 掌握静力学有限元分析方法后 根据工