有限元分析 (FEA) 是对产品和组件的结构、声学、电磁或热性能进行虚拟建模和仿真。有限元分析是有限元法（FEM）的实际应用。
有限元分析是在虚拟环境中对产品和系统进行建模，以查找和解决潜在（或现有）产品性能问题。有限元分析是有限元的实际应用，工程师和科学家使用它对复杂的结构、声学、电磁、热、流体和多物理场问题进行数学建模和数值求解。有限元分析软件可用于广泛的行业，但最常用于航空、汽车、电子、工业机械、船舶和消费品行业。
有限元 (FE) 模型由一个称为“节点”的点系统组成，这些点构成了设计的形状。与这些节点相连的是构成有限元网格的有限元，这些有限元包含模型的材料和结构属性，定义了模型对某些条件的反应方式。有限元网格的密度可能会在整个材料中发生变化，具体取决于特定区域应力水平的预期变化。应力变化较大的区域通常比应力变化很小或没有应力变化的区域需要更高的网格密度。分析点可能包括先前测试材料的断裂点、圆角、拐角、复杂细节和高应力区域。
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有限元分析是一种成熟的方法，通常用于替代或补充实验和分析方法，以帮助日常产品的工程设计和分析。与原型设计和实验相比，基于有限元分析的仿真具有以下优势。
通过有限元分析，您可以快速分析和探索提高产品性能的工程可能性。
与构建和测试方法相比，有限元分析可帮助您更快地将优化的产品设计推向市场。
与传统的基于物理样机的测试流程相比，通过利用有限元分析，您可以显著降低产品开发成本。
无论使用何种软件，大多数有限元分析仿真都遵循这些通用步骤。
一维分析（梁模型）
一维分析是指应用仅由仅由两个节点组成的一维元素（如梁单元）创建的模型。一维分析可以很好地查看通常难以建模的结构（例如车身或机身）的早期分析。一维光束模型可以帮助工程师在完整的几何形状准备好进行更深层次的分析之前快速评估车身动力学。
二维分析（壳模型）
工程师将几何图形与二维元素（例如用于薄壁体的四边形或三角形单元）网格化，例如由钣金制成的零件。然后，元素属性定义壳单元的厚度，求解器将使用该厚度来计算应力、应变和其他结果。有限元分析预处理器具有快速网格划分算法，可帮助工程师在几何体上创建壳网格。
3D 分析（实体模型）
对于实体、厚实的几何体（如发动机缸体），工程师使用实体 3D 元素来表示几何体。四角、金字塔和六角元素在整个实体中产生。有限元分析预处理器具有工程师创建实体网格模型所需的工具。
多物理场有限元分析
现代有限元分析不仅仅是单独模拟单个物理场。如今，有限元分析已经变得更加多学科，使工程师能够将不同的物理场耦合在一起，例如流固耦合 (FSI)、热机械仿真、基于结构 FE 的柔性体的多体动力学、机电热等。多物理场仿真 在日益复杂的产品中至关重要，这些产品需要全面的跨域工程来实现最佳性能。
几十年来，有限元分析（FEA）已成功应用于产品工程。与此同时，高保真建模方法和更实用的建模方法也在不断开发，让您更快地获得足够准确的结果。
如今，工程师可以而且必须选择最适合其需求的精度级别，以最少的计算工作量回答工程问题。准确度的范围从能够在百分之几甚至更短的时间内预测真实行为的高保真建模技术到能够快速预测趋势的快速方法。
如今，有限元分析仿真工具的认证和验证流程已经非常成熟。它们仍将是FEA进步的关键因素，其可靠性和对数字孪生的信任，以及其在新领域的建立。虽然预测仿真将不断减少对昂贵的测量和原型设计的需求，但它将继续需要严格的有限元方法和通过实验验证最佳实践。
学习有限元分析需要时间、专注、深入的学习和实践。了解您所在领域的基本物理原理，掌握数值方法及其局限性，并练习实际有限元分析软件工具的动手使用，这一点至关重要。由于现代有限元分析软件的自动化、计算能力的提高和用户界面的不断改进，高保真有限元分析的障碍将进一步降低，从而将范围转移到探索结果和做出基于仿真的决策上。了解正在发生的基本物理动力学对于判断结果并根据 FEA 结果做出有意义的工程决策也至关重要。
有限元法与有限元分析的含义相同。主要区别在于 FEM 更具体地指的是数学方法。但许多人可以互换使用术语 FEM 和 FEA。
有时工程师使用 FEM 也用于指有限元模型，这主要是指网格化（1D、2D 或 3D）模型，其中还可以包括载荷和约束。
