结构FEA建模通用要求标准的研究

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1、堕叁苎!!童堕些垒结构FEA建模通用要求标准的研究李鹏中航工业综合技术研究所，北京100028)-脯要】介绍了结构FEA建模技术，分析与研究了结构FEA建模技术的E。用及其杯准北情况，提炼出了结构FEA建模过程应遵循的策略，归纳出了结构FEA建模“』地1】】叠求，给Ⅲ了该领域内标准化工作的建议。供键词】结构FEA；建模；标准研究冲图分类号】TP3914【文献标识码】C【文章编号】1003-6660(2011)03-0039-04目前，FEA(FiniteElementAnalysis，有限元分析)建模工作大都是凭借分析工程师个人或所在企业的经验来完成。每遇到一个新的有限元分析任务时，分析工程师

2、个人或所在企业都需要经过多次试验，一边用一边探索一边总结，才能找到解决方案，不能有效地借鉴他人或其他企业的成功经验。同时，每次成功解决有限元分析任务的经验，也没有及时总结，没使有效的解决方案得到固化和推广应用，造成了我们与国外同行在结构有限元分析方面的巨大差距。因此，急需研究和分析与结构FEA建模相关的国内外标准，借鉴成功行业和企业的经验，进行结构FEA建模技术研究，提炼出建立结构FEA模型时应遵循的策略，归纳出进行结构FEA建模的通用要求．促进FEA技术在国防科技工业产品结构设计中的应用，提高国防科技工业的产品研制能力。1结构FEA建模技术简介FEA是对所研究对象的固有特性及响应特性进行数值

3、分折的有效方法。有限元分析的实施过程大致可以分为前处理、分析计算和后处理3个阶段。从有限元分析实施过程的使用角度分析，影响有限元分析质量和可靠性的因素是前处理，前处理过程主要包括有限元建模及载荷边界条件施加。在施加的载荷是准确的前提下，有限元建模和边界条件的建立成为影响有限元分析质量和可靠性的唯一因素，成为保证计算结果准确、可靠的关键，也是应用者最为关注的问题。有限元建模的实质就是用有限元方法在计算机的虚拟环境中建立一个数字模型，这个模型一要保『收修订稿日期】201l·03-30证力学的完整性．二要保证计算的有效性。而结构FEA建模技术是指应用于结构分析领域的FEA建模技术。随着计算机技术，尤

4、其是计算机图形技术的发展，结构FEA建模技术的发展过程大致经历了手工建模、有限元前后处理系统和与CAD软件的无缝集成阶段。2结构FEA建模技术的应用情况分析2008年8月20日至9月30日，中航工业综合技术研究所面向国防科技工业企业聚用问卷调查的方式开展了结构FEA建模技术应用情况调研工作，基本摸清了结掏FEA建模技术在国防科技工业产品研制过程中的应用现状。本次调研通过电子邮件和纸型信件两种方式共发出问卷164份，收到有效答卷47份，取得了较好的效果。2lCAE技术及软件应用情况国防科技工业内绝大多数企业在产品研制过程中都应用了CAE技术。63％的回函企业只在关键部件和多数零部件级别应用了CA

5、E技术，而在整机级别应用CAE技术的企业只占回函企业的14％，可见CAE技术在产品研制过程中应用程度还有待提高。在应用CAE技术的企业中，大部分企业在产品研制过程中应用CAE技术的效果较好，节省了产品研制经费，缩短了产品研制周期，改善了产品质量。在产品研制过程中，有553％的回函企业聘请过专业CAE咨询公司进行咨询服务(CAE，b包等)，充分体现出这些企业对CAE技术应用的重视程度。国防科技工业的大多数企业在产品研制过程中，=维制图软件一般使用AUTOCAD和CAXA电子图板；三维造型软件一般使用CATIA、UGNX、血生』』l国砼航空标准化与质量2011年第3期Pro／E和SolidWork

6、s软件；CAE分析软件一般使用ANSYS、MSC、Fluent和三维CAD软件自带的分析模块。随着数字化工程在国防科技工业产品研制中的逐步推进，60％以上的回函企业应用三维CAD软件设计的产品占企业产品总数已经达到了80％，但是还需要进一步加强CAE分析软件的规范应用，以提高产品研制的质量，缩短产品研制的周期。2．2结构分析应用情况70％以上的回函企业内部没有独立的结构分析部门，即使有独立结构分析部门，人数规模也相对较小。大部分结构分析工作需要由结构设计部门来完成，缺乏完善的质量控制与监督环节。CAE技术在结构分析中的应用主要包括静力分析、动力学分析、失效和破坏分析、热力学分析和耦合场分析等5

7、个方面。不同的结构分析类型应用的CAE软件不尽相同。在复杂结构模型的FEA分析方面，80％的回函企业采用“在专业三维CAD软件中生成几何模型，再导入CAE软件进行分析”方式，20％的回函企业采用“直接利用CAE软件的前处理功能进行几何模型建立”方式，来建立FEA分析时所需要的几何模型；70％的回函企业采用“直接利用FEA软件的网格划分功能”方式，23％的回函企业采用“在独立的网格划分软件中生成”方