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有限元分析 (FEA)

有限元分析 (FEA) 是虚拟环境中产品和系统的建模,用于查找和解决可能的(或现有)结构或性能问题。 FEA 是有限元方法 (FEM) 的实际应用,它由工程师和科学家用于对复杂的结构、流体和多物理场问题进行数学建模和数值求解。 FEA 软件可在各种行业中使用,但最常用于航空、生物力学和汽车行业。

有限元 (FE) 模型包含点系统,称之为“节点”,它们形成了设计的轮廓。 连接到这些节点的是有限元本身,它们形成了有限元网格且包含模型的材料和结构属性,从而决定模型如何对某些条件作出反应。 有限元网格的密度可能在整个材料中都不同,具体取决于特定区域应力水平的预期变化。 与应力变化较小或没有应力变化的区域相比,应力发生较大变化的区域通常需要更高的网格密度。 特征点可能包括之前已测试的材料的断裂点、圆角、拐角、复杂细节和高应力区域。

创建有限元模型

通过使用梁和壳而非体单元,可以使用更少的节点来创建代表性模型,而不影响准确性。 每个建模方案都需要定义一系列不同的属性,如横截面积、板块厚度、惯性矩、抗弯刚度、扭转常数和横剪力。

模拟现实世界的工作环境

为了在 FEA 中模拟现实世界工作环境的效果,可以向 FE 模型施加各种类型的载荷,包括节点载荷(力、力矩、位移、速度、加速度、温度和热通量)、基本载荷(分布载荷、压力、温度和热通量)以及加速度体载荷(重力)。

FE 分析包括以下类型:线性统计、非线性统计和动力学、正常模式、动态响应、弯曲和热传递。 解算器计算出来的结果通常包括节点位移、速度和加速度以及自然力、应变和应力。

FEA 的优点

FEA 可以在新的产品设计中使用,或用于优化现有产品,以确保在制造之前能够按照规范执行设计。 使用 FEA 可以:

  • 预测并提高产品性能和可靠性

  • 减少物理原型设计和测试

  • 评估不同的设计和材料

  • 优化设计并减少材料消耗