产品设计cae有限元软件工程分析

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1、产品设计2主讲人：曾富洪攀枝花学院29.2CAE有限元分析软件的工程分析CAE有限元分析软件包含三个组成部分：前处理部分——创建或读入几何模型，定义材料属性和划分有限元网格（产生单元及单元节点）；有限元解算部分——施加载荷及载荷选项、设定约束条件和有限元方程求解；后处理部分——分析结果的查看和分析。39.2CAE有限元分析软件的工程分析1)前处理前处理是指创建实体模型及有限元模型。一般包括实体模型的创建，单元属性的定义，有限元网格的剖分等内容。(1)实体模型的建立一般的CAE软件都是提供简单的几何造型功能．可满

2、足几何形状简单的物件建模需要。形状复杂的物件的几何模型可以在CAD系统中生成，利用分析软件的IGES等文件接口读入。49.2CAE有限元分析软件的工程分析1)前处理前处理是指创建实体模型及有限元模型。一般包括实体模型的创建，单元属性的定义，有限元网格的剖分等内容。59.2CAE有限元分析软件的工程分析1)前处理(2)单元属性定义单元属性指在划分网格以前必须指定的所分析对象的特征。具体说来单元属性的定义主要包含两个方面的工作，一个是材料属性的定义，另一个是单元类型的选择。①材料属性的定义材料属性的定义包含的内容有

3、：各个物理量的单位；材料各向同性或各向异性定义；材料力学、物理常数定义，如弹性力学问题中的杨氏模量、泊松比的定义，热分析中输入的热传导系数等。69.2CAE有限元分析软件的工程分析1)前处理②单元类型的选择在有限元分析中，要根据模型的几何持点，选择合适的单元类型，以便达到减少计算量，提高计算精度的目的。对于平面问题和轴对称问题，应尽量采用平面(二维)单元而不要用三维单元，这样能大大缩小计算规模和难度，节省计算时间。即使模型仅仅具有近似的平面或轴对称变形特点，也可以采用平面单元进行一些初步的分析，以便对问题有一个

4、初步的了解，有助于指导详细的建模和分析。对于一般的三维模型，只能用实体单元。对于板料成形等问题，由于工件的厚度与面内尺寸相差悬殊，应该采用板壳单元。选择原则，简单、计算量小79.2CAE有限元分析软件的工程分析1)前处理a)线单元线单元有以下几种：梁单元——用于梁构件、薄壁管件、C型截面构件、角钢、或者狭长薄膜构件（只有膜应力和弯曲应力的情况）等模型；杆单元——用于弹簧、螺杆、预应力螺杆和桁架等模型；弹簧单元——用于弹簧、螺杆或细长构件以及通过刚度等效代替的复杂结构等模型。89.2CAE有限元分析软件的工程分析

5、1)前处理b)平面单元将在平面上进行离散化得到的单元都称为平面单元，由于轴对称问题仅需在子平面内进行离散化和分析计算，具有与平面问题相同的特点，因此、也将其归入平面单元这一类型。平面单元主要有两种形状，即三角形和四边形。四边形单元计算效果好，应尽量采用，但有时软件难以实现全四边形网格剖分和动态重分，难免夹杂若干三角形单元。三角形单元对复杂边界的适应性强，但计算精度较低，计算中显得过于刚硬。值得注意的是：在平面单元中增加节点数量。能增加插值多项式的项数，即提高形函数的阶次，进而提高计算的精度，而且能更精确地拟合曲

6、线边界，在线性分析中经常采用这样的高阶单元。但是对于塑性成形等强非线性问题，采用高阶单元会大大增加计算的难度，结果往往并不理想。而采用低阶单元，同时根据需要加密网格效果更好。99.2CAE有限元分析软件的工程分析1)前处理c)体单元与平面单元主要有三角形和四边形这两种形状相类似，对三维物体进行离散化所采用的体单元主要有四面体和六面体两种形状，后两种单元之间的差别与前两种单元之间的差别也是十分相似的。四面体单元不仅能适应多种复杂边界形状，而且容易实现网络密度的变化，有利于对不规则三维空间区域进行全自动网格剖分，因

7、此得到了广泛的应用。但空间中四面体的拼合较复杂，剖分中容易出错、也不容易直观地理解。由于四面体单元为常应变单元，而六面体单元中应变呈线性变化，因此采用六面体单元精度更高，对于形状比较规则的物体应尽量采用六面体单元。但形状复杂的物体难以进行全六面体网格剖分，对变形大的物体进行全六面体网格的动态重分更为困难。因此，在这些场合大多采用全四面体网格，因为四面体网格对复杂形状的适应性强，容易实现动态重分。在平面问题中，采用四边形与三角形单元混用的情况较为常见．但三维问题中却不能直接将六面体单元与四面体单元混合使用，在六面

8、体与四面体之间要采用一层金字塔形(五面体)单元进行过渡。109.2CAE有限元分析软件的工程分析1)前处理d)壳单元板和壳都用来描述薄结构，只是板的中面是平面，而壳的中面可以是任意的曲面。在模拟板料成形过程时，为了改善计算精度，提高计算效率，通常采用壳理论进行公式化，可将板看作壳的一种特殊情况。在工程中，当壳体的厚度与中面的曲率半径之比小于1／20时，即当作薄壳处理。薄壳理论是建立在两