有限元基础知识培训

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1、有限元分析基础知识江爱林jiangal@sany.com.cn一、材料基础知识二、CAE基础知识一、材料基础知识定义：材料在使用和加工过程中表现出来的各种不同特性称为材料的性能。力学性能：力学性能是指金属材料在外力作用下抵抗变形或破坏的能力。如强度、硬度、弹性、塑性、韧性等。这些性能是材料选择及计算时决定许用应力的依据。分类：机械工程材料的常用性能：使用性能（力学、物理、化学）和工艺性能（加工、铸造、焊接）材料性能强度一般来讲，材料强度仅指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力。如弹性极限、屈服点、抗拉强度、疲劳

2、极限和蠕变极限等。材料在常温下的强度指标有屈服强度和抗拉（压）强度。屈服强度表示材料抵抗开始产生大量塑性变形的应力。抗拉强度表示材料抵抗外力而不致断裂的最大应力。一、材料基础知识硬度硬度是指固体材料对外界物体机械作用（如压陷、刻划）的局部抵抗能力。硬度值的大小不仅取决于材料的成分和显微组织，而且还取决于测量方法和条件。在工程技术中应用最多的是压入硬度，常用的指标有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRB、HRC)和维氏硬度(HV)等。HBHRBHV一、材料基础知识根据经验，大部分金属的硬度和强度之间有如下近似关系：低碳钢σb≈0.

3、36HB高碳钢σb≈0.34HB灰铸铁σb≈0.1HB因而可用硬度近似地估计抗拉强度。一、材料基础知识塑性材料的塑性是指材料受力时，当应力超过屈服点后，能产生显著的变形而不立即断裂的性质。延伸率（d）。延伸率主要反映材料均匀变形的能力。它以试件拉断后，总伸长的长度与原始长度的比值百分率d（%）来表示。断面收缩率y。断面收缩率主要反映材料局部变形的能力。它以试件拉断后，断面缩小的面积与原始截面面积比值的百分率y（%）来表示。一、材料基础知识弹性模量E。是衡量材料产生弹性变形难易程度的指标。　　主要决定于材料的本身，是金属材料最

4、稳定的性能之一，合金化、热处理、冷热加工对它的影响很小。在室温下，钢的弹性模量E大都在190～220GPa之间。弹性模量随温度的升高而逐渐降低。泊松比。横向应变与纵向应变之比值称为泊松比。也叫横向变性系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。各向同性与各向异性。弹性模量、泊松比一、材料基础知识应力集中与应力集中系数材料会由于截面尺寸改变而引起应力的局部增大，这种现象称为应力集中。实际应力与名义应力的比值。一、材料基础知识表面强化包括：①机械方法：喷丸及辊压等；②化学方法：渗碳及氮化等；③热处理，如高频淬火等。表面强化系数。强化的

5、试样疲劳极限/未强化的试样疲劳极限。一般钢试样的强化系数位于1.1~2.0之间，但镀铬等工艺后只有0.5~0.7.一、材料基础知识疲劳破坏所谓“疲劳破坏”是指金属材料在小于屈服强度极限的循环载荷长期作用下发生破坏的现象。无论在静载荷下显示脆性或韧性的材料，在疲劳断裂时，都不产生明显的塑性变形，断裂是突然发生的，因此具有很大的危险性，常常造成严重的事故。金属材料在循环应力下，经受无限次循环而不发生破坏的最大应力称为“疲劳强度”。对于一般钢材，以～次不被破坏的应力，作为疲劳强度。一、材料基础知识疲劳断裂特点金属材料疲劳断裂的特点

6、是：（1）载荷应力是交变的；（2）载荷的作用时间较长；（3）断裂是瞬时发生的；（4）无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。所以，疲劳断裂是工程上最常见、最危险的断裂形式。一、材料基础知识疲劳断裂分类（1）高周疲劳：低应力，高循环周数。它是最常见的一种疲劳破坏。高周疲劳一般简称为疲劳。（2）低周疲劳：高应力，低循环周数。由于交变的塑性应变在这种疲劳破坏中起主要作用，因而也称为塑性疲劳或应变疲劳。（3）热疲劳；（4）腐蚀疲劳；（5）接触疲劳；一、材料基础知识对称应力疲劳极限一、材料基础知识脉动应力疲劳极限一、材料基

7、础知识1、什么是有限元？有限元分析，英文说法：finiteelementanalysis，简称FEA，定义为：将一个连续系统（物体）分隔成有限个单元，对每一个单元给出一个近似解，再将所有单元按照一定的方式进行组合，来模拟或者逼近原来的系统或物体，从而将一个连续的无限自由度问题简化成一个离散的有限自由度问题分析求解的一种数值分析方法。2.力学基础其主要力学基础是弹性力学，处理对象为任意变形体。二、CAE基础知识一、有限元的概念连续性假设：亦即物体整个体积内部被组成这种物体的介质填满，不留任何空隙。这样，物体内的一些物理量，如应

8、力、应变、位移等等才可以用坐标的连续函数来表示。均匀性假设：也就是说整个物体是由同一种材料组成的。这样，整个物体的所有各部分才具有相同的物理性质，因而物体的弹性常数(弹性模量和波桑系数)才不随位置坐标而变。各向同性假设：认为无论沿任何方向，固体的力学性能都是相同的变形固体的基本假设二、CA