有限元应用基础备课讲稿.doc

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1、有限元应用基础精品文档1、CAE技术CAE(计算机辅助工程)是一个很广的概念，从字面上讲它可以包括工程和制造业信息化的所有方面。但是传统的CAE主要指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性与可靠性。工程和制造企业的生命力在于工程和产品的创新，而实现创新的关键，除了设计思想和概念之外，最主要的技术保障，就是采用先进可靠的CAD/CAE软件。目前，在可用性、可靠性和计算效率上已基本成熟的、国际知名的CAE软件有:ADINA,ABAQUS,NASTRAN,ANSYS,MA

2、RCASKA等。现代CAE软件的基本结构和所包含的算法和软件模块分类如下：(1)前处理模块——直接实体建模和参数化建模，构件的布尔运算，单元自动剖分，节点自动编号与节点参数自动生成，荷载与材料参数直接输入与公式参数化导入，节点荷载自动生成，有限元模型信息自动生成等。(2)有限元分析模块——有限单元库，材料库及相关算法，约束处理算法，有限元系统组装模块，静力、动力、振动、线性与非线性解法库。大型通用CAE软件，在实施有限元分析时，大都根据工程问题的物理、力学和数学特征，分解成若干个子问题，由不同的有限元分析子系统完成。一般有如下子系统:线性静力分析子系统、动力分析子系

3、统、振动模态分析子系统、热分析子系统等。收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档(3)后处理模块——有限元分析结果的数据平滑，各种物理量的加工与显示，针对工程或产品设计要求的数据检验与工程规范校核，设计优化与模型修改等。(4)用户界面模块——交互式图形界面，弹出式下拉菜单，数据导入与导出宏命令，以及相关的GUI图符等。(5)数据管理系统与数据库——不同的CAE软件所采用的数据管理技术差异较大，有文件管理系统，关系型数据库管理系统及面向对象的工程数据库管理系统:其数据库应该包括构件与模型的图形和特性数据库，标准、规范及有关知识库等。(6)共享的基础算法模块——例如

4、图形算法、数据平滑算法等。值得指出，近10年国际上知名的CAE软件在单元库、材料库、前后处理，特别是用户界面和数据管理技术等方面都有了巨大的发展。CAE软件对工程和产品的分析、模拟能力，主要决定于单元库和材料库的丰富和完善程度，单元库所包含的单元类型越多，材料库所包含的材料特性种类越全，其CAE软件对工程或产品的分析、仿真能力就越强。知名的CAE软件的单元库一般都有百余种单元，并拥有一个比较完善的材料库，使得其对工程和产品的物理、力学行为，具有较强的分析模拟能力。一个CAE收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档软件的计算效率和计算结果的精度，主要决定于解法库。

5、如果解法库包含了多种不同类型的高性能求解算法，那它就会对不同类型、不同规模的困难问题，以较快的速度和较高的精度给出计算结果。先进高效的求解算法与常规的求解算法，在计算效率上可能有几倍、几十倍，甚至几百倍的差异，特别是在并行计算机环境下运行。随着CAE软件开发商对单元库、材料库和求解器的改造、扩充和完善，目前国际上先进的CAE软件，己经可以对工程和产品进行如下的性能分析、预报及运行行为模拟：(1)静力和拟静力的线性与非线性分析。包括对各种单一和复杂组合结构的弹性、弹塑性、塑性、蠕变、膨胀、几何大变形、大应变、疲劳、断裂、损伤，以及多体弹塑性接触在内的变形与应力应变分析

6、。(2)线性与非线性动力分析。包括交变载荷、爆炸冲击载荷、随机地震载荷以及各种运动载荷作用下的动力时程分析、振动模态分析、谐波响应分析、随机振动分析、屈曲与稳定性分析等。(3)稳态与瞬态热分析。包括传导、对流和辐射状态下的热分析，相变分析，以及热/结构藕合分析。(4)静态和交变态的电磁场和电流分析。包括电磁场分析、电流分析、压电行为分析以及电磁/结构祸合分析。(5)流体计算。包括常规的管内和外场的层流、端流、热/流祸合以及流/固藕合分析。收集于网络，如有侵权请联系管理员删除精品文档(6)声场与波的传波计算。包括静态和动态声场及噪声计算，固体、流体和空气中波的传播分析

7、等。前后处理是近十年来发展最快的CAE软件成分，它们是CAE软件满足用户需求，使通用软件专业化、属地化，并实现与CAD,CAM,CAPP,PDM等软件无缝集成的关键性软件成分:它们是通过增设与CAD软件，例如PRO/Engineer,Unigraphic,Solidedge,Solidworks,MDT等软件的接口数据模块，实现了CAD,CAE的有效集成;通过增加面向行业的数据处理和优化算法实现了特定行业的有效应用，既给用户提供了方便，又提高了经营效益。伴随着计算机图形用户界面(GUI)和联机共享的图形与数据库软件的发展，CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM