常用CAE分析类型

优宏信息技术有限公司-PAGE6-常用CAE分析类型作者：冒小萍审校：顾伯达适用版本：所有CAE软件CAE分析时根据结构实际工况准确判断分析类型至关重要，根据分析类型我们决定采用何种分析软件进行分析求解更合理。如果分析类型判断不准确，或者由于软件功能限制不能完成某种分析类型而做过多的简化，分析的结果是不可靠的，对实际工程项目没有多少参考价值。目前我们常用的结构分析类型主要有以下几种：线性结构静力分析结构线性静力分析是结构设计与强度校核的基础，主要是计算在固定不变的载荷作用下（包含由定常加速度引起的平衡惯性载荷）结构的响应（位移、应力、应变和力），不考虑惯性和阻尼的影响；固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。结构线性静力分析中，假定结构中的工作应力小于结构材料的屈服应力，因此应力应变关系服从虎克定理，具有线性关系．同时结构的变形（位移）相对结构的总体尺寸来说，又是很小的，所以问题可以用线性方程计算．从应用的角度看，多数情况下，结构的线性分析是评估很多结构设计问题的最有效的方法．模态分析结构的模态分析是结构动力分析的基础。模态也就是结构产生自由振动时的振动形态，也称为振型．每一个自由振动的固有频率都对应一个振型，一般说系统有多少自由度就有多少个固有频率。实际的分析对象是连续体，具有无限多的自由度，所以其模态具有无穷阶，要求用弹性动力学的偏微分方程解决，因为实际结构的复杂性，一般无法得到封闭解，通常都是用近似的方法来求解．有限单元法就是一种常用的近似方法，可以比较正确的计算出足够多的结构振动模态．有限元中模态分析的本质是求方程的特征值问题，所分析的结构振动模态的“阶数”就是指要求的对应数学方程的特征值的个数。将特征值从小到大排列就是阶次。模态分析的目标是确定系统的模态参数，即系统的各阶固有频率和振型，为结构系统的动力特性分析和优化设计提供依据。屈曲分析在通常的结构分析中，结构处于一个稳定平衡的状态。但是有一些承受较大压应力的细薄结构，例如细长的受压杆，受到较大水压的深海容器等，当它们所受到的压应力达到某个临界值时，原来的平衡状态就会变得不稳定，受压的直杆会因为失去稳定性而变弯曲，受到高水压的容器会因为失稳而压瘪．屈曲分析就是一种用于确定结构失去稳定性的临界载荷和屈曲模态形状的技术。广泛应用于细薄结构的设计分析中．加速度和约束力以及单元应力。

b).模态瞬态响应分析

模态瞬态响应分析中先进行模态分析，根据需要进行适当的模态截断以减小问题的规模，然后用截断的模态矩阵对动力学方程进行解偶，得到简缩了的用模态坐标表示的方程，对此方程进行数值积分，得到模态坐标中的动力响应，最后通过坐标变换得到物理坐标中的响应，这个响应结果和用直接瞬态响应分析得到的响应是等同的，不过由于采用了模态截断，所以结果中没有包括高阶响应的部分．这种方法对大型问题可以大大减少计算量，由于高阶响应对实际结果影响很小，所以结果的精度也能适当保证．疲劳分析疲劳是指结构在低于静态强度极限的载荷重复作用下出现初始裂纹，裂纹扩展，直到裂纹疲劳断裂的现象；影响疲劳破坏的原因很多，主要考虑的是载荷的循环特征和循环次数，构件材料的疲劳特性，构件的应力分布，以及构件的形状，大小尺寸以及材料表面热处理等因素。疲劳分析结果主要有：应力安全因子，疲劳安全因子和疲劳寿命。优化设计设计优化是为满足特定优选目标如最小重量、最大第一阶固有频率或最小噪声级等等的综合设计过程。这些优选目标称之为设计目标或目标函数。优化实际上含有折衷的含义，例如结构设计的更轻就要用更少的材料,但这样一来结构就会变得脆弱,因此就要限制结构件在最大许用应力下或最小失稳载荷下等的外形及尺寸厚度。类似地,如果要保证结构的安全性就要在一些关键区域增加材料,但同时也意味着结构会加重。优化的三大变量：设计变量（自变量，每个设计变量都有上下限，定义了设计变量的变化范围）；状态变量（因变量，设计变量的函数，可以有上下限，也可以只有上限或者下限）；目标函数（最终的优化目的，必须是设计变量的函数，也就是改变设计变量的数值将改变目标函数的数值）热传导分析

热传导分析通常用来校验结构零件在热边界条件或热环境下的产品特性,可以计算出结构内的温度分布状况，并直观地看到结构内潜热、热点位置及分布。可通过改变发热元件的位置、提高散热手段、或绝热处理或用其它方法优化产品的热性能。线性/非线性稳态热传导分析基于稳态的线性热传导分析一般用来求解在给定热载和边界条件下,结构中的温度分布，计算结果包括节点的温度，约束的热载和单元的温度梯度，节点的温度可进一步用于计算结构的响应；稳态非线性热传导分析则在包括了稳态线性热传导的全部功能的基础上,额外考虑非线性辐射与温度有关的热传导系数及对流问题等。

b）线性/非线性瞬态热传导分析

线性/非线性瞬态热传导分析用于求解时变载荷和边界条