[工程科技]cae基础之有限元分析--有趣的课件

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1、第2部CAE基础第2部分以理解CAE的基础为目的，边使用基本力学模型和具体例子边进行解说。对于初学有限元法的读者，通过具体的解说以大家能够理解的形式从有限元法特有语言的概念开始进行说明。“试着进行分析”这一章，设想一实际的前后处理过程，可以体验一下应力分析，屈曲分析，特征值分析的整个流程。对于已经有了程序的读者，可以边对照实际的操作过程边进行实习，一定会更进一步地加深理解。 １．CAE分析的目的及各种各样的结构模型大家在做CAE分析的时候应该是抱有一定的目的。与设计有关系的，有确认结构或机械的强度，确认性能等等。即使强度的确认也有总体强度的确认和疲

2、劳强度的确认等各种情况。单个而言，也有求应力的，有求位移的，也有求特征值等等这些情况。与这些分析目的相对应，就有结构和机械的模型化问题存在。所谓模型化，就是将结构或机械按照分析目的进行理想化处理和简化处理。在此，我们使用具有代表性的单元来说明分析目的和它的模型化过程。。 在此我们用和“分析目的”有相同意义的，所谓“视点”的各种表现形式来做比喻进行说明。对于分析目的，有从概要分析到详细分析等好几个阶段。对应于这些分析目的，即使同一个结构，其模型化处理也有不同的地方。把“不同的目的”用“视点的变化”来表现就会感到很容易弄明白。　在分析结构整体变化时的情

3、况-----把视点放置于远方时的场合　　在分析结构局部变化时的情况-----把视点拉近时的场合为此，我们以铁塔，电车，火箭，和活塞为例，集中在应力分析方面具体地加以说明。 1.铁塔2.电车3.火箭4.活塞请依次单击。1.1铁塔（组合框架结构的例子）　铁塔是细长的零部件(梁)组合而成的结构我们把这称为框架结构。类似的结构还有支撑铁桥和输电线的铁塔，大型克林吊（起重机）的吊杆等等。此外高楼大厦的外观虽是用马赛克瓷砖以及水泥覆盖而组成的外墙，给人以浑厚结实的感觉，然而其内部则是用钢铁做成的框架结构。这有点象我们所见到的人体的骨架或鱼类等的骨架结构一样。还

4、有，在春天满是嫩叶茂盛的树木一到秋天则树叶全落，只见树干和树叉的身影，真成了孤单轻影的样子了。到了冬天，因为没有了树叶从而它们遭遇不到严酷的寒风和积雪，对树木而言真是减轻了不小的负担了。 [各种框架结构]　让我们来考虑一下台风袭来时，铁塔受到强风的袭击几乎要歪倒的状态。这种情况下，铁塔受到了因横向的大风而引起的巨大的水平方向的载荷的作用。　　●观察位置和模型化现在让我们以这个受到横风侵袭的铁塔作为例子，按照分析的目的来考虑各种分析模型。这时，对于把CAE用于分析模型而言，重要的是用结构单元来表现铁塔的结构模型和用来表现横向风力的载荷的类型。对于铁塔

5、的结构模型化过程，我们将以我们所考虑的方法作为例子，结合对它的分析目的，用改变观察铁塔的位置来很好地加以说明。即，如果远远地从远方眺望铁塔，则看不见铁塔的细微部分，但是由于是分析它的整体变形过程，就可以用大范围的整体的模型化过程。另一方面，如果靠近铁塔观察的话，就能确认它的细节，由于是分析它的局部的变形过程，因此可以进行详细的模型化过程。　使用CAE进行分析，即使对于粗略分析也好，对于精细分析也好，都能自由地进行。重要的是要做好符合它分析目的所用的模型的模型过程。●从远处眺望铁塔我们来考虑一下想大概知道铁塔的整体强度的情况。这种场合，如果从远处眺望

6、铁塔就能粗略地把整个铁塔作为一个塔柱而把握住。即由于把铁塔看作了一根部件，我们当然可以把整个铁塔转换成一根梁的材料力学模型，即置换成梁模型。本来，应该取作异形剖面的梁模型的，这里我们大胆地取为具有均匀剖面的梁模型来分析。还有，吹向铁塔的狂风，可以转换成作用在水平方向的分布载荷。由此，作为预测铁塔的整体强度而作的模型，当然可以置换成材料力学中有相同作用的具有分布载荷的悬臂梁模型（一端固定一端自由端的梁模型）。[将铁塔作为1根梁的模型]　这个模型，即使不特别利用CAE，而用材料力学公式也能求出结构形成的变形和内力的分布。在对这个铁塔问题转换成等价的梁模

7、型时，准备和实际结构等价的剖面特性，即剖面面积和剖面惯性矩等的梁模型和推算等效风载荷是很重要的。推算等效风载荷时，要根据现场情况有必要借助材料力学的课本或建筑设计规范手册的公式，计算式确定，是很费工夫的一件事。 不过，因为此处所示的问题可以转换成简单问题，使用公式就能立即求出变形和应力等，可以说是相当方便的。 在实际设计中，也有这种情况，由CAE有限元法分析所得的结果反过来对原来结构所作的材料力学模型计算它的等效剖面惯性矩和剖面面积。 在设计的初期，用材料力学所作的简单模型，很简易选定结构的构造形式和结构尺寸，并且作为能够灵活应付设计上的各种各样变

8、更的一种手段，确实是非常方便的。●稍微靠近点眺望铁塔这回让我们稍微走近点，来眺望铁塔看看。我们将能看到铁塔是由许多细长的构