Перейти к содержанию

Анализ методом конечных элементов (FEA)

Анализ методом конечных элементов (FEA) — это моделирование продуктов и систем в виртуальной среде с целью поиска и решения потенциальных (или существующих) проблем со структурой или производительностью. FEA — это практическое применение метода конечных элементов (FEM), который используется инженерами и учеными для математического моделирования и численного решения сложных структурных, жидкостных и мультифизических задач. FEA-решения используются в самых разных областях, но особенной популярностью они пользуются в авиационной, биомеханической и автомобильной отрасли.

Конечно-элементная модель содержит систему точек, или "узлов", которые формируют конструкцию. С этими узлами связаны сами конечные элементы, которые образуют сетку конечных элементов и содержат материальные и структурные свойства модели, определяя, как она будет реагировать на различные условия. Плотность сетки конечных элементов может быть разной в разных точках материала, в зависимости от того, какие изменения уровня напряжения ожидаются в той или иной области. Области с резким изменением напряжения обычно требуют более плотной сетки, чем те, в которых изменений нет или они незначительны. Особое внимание уделяется точкам разрушения ранее испытанного материала, скруглениям, углам, сложным деталям и областям с высоким напряжением.

Создание конечно-элементных моделей

Используя балки и оболочки вместо твердотельных элементов, можно создавать модели представления с меньшим количеством узлов, не теряя в точности. Каждая схема моделирования требует задания определенного набора свойств, таких как область сечения, толщина пластины, момент инерции, жесткость при изгибе, постоянная кручения и поперечный сдвиг.

Моделирование реальной рабочей среды

При моделировании эффектов реальной рабочей среды с помощью FEA к конечно-элементной модели применяются различные типы нагрузки: узловые (сила, момент, смещение, скорость, ускорение, температура и тепловой поток), элементные (распределенная нагрузка, давление, температура и тепловой поток), а также инерционные нагрузки (сила тяжести).

Типы FEA включают линейную статистику, нелинейную статику и динамику, нормальные формы, динамический отклик, устойчивость и теплопередачу. Типичные результаты, рассчитанные решателем, включают узловые смещения, скорости и ускорения, а также элементарные силы, деформации и напряжения.

Преимущества FEA

FEA можно использовать в проектировании нового изделия или для улучшения существующего, чтобы перед тем, как приступать к изготовлению, убедиться в том, что конструкция будет отвечать заданным в спецификации характеристикам. Анализ методом конечных элементов позволяет:
  • спрогнозировать и улучшить характеристики и надежность изделия;

  • сократить количество прототипов и натурных испытаний;

  • проанализировать разные конструкции и материалы;

  • оптимизировать конструкцию и уменьшить расход материала.