有限元建模方法2012.1.31
有限元模型建立步骤
有限元模型建立步骤
嘿，咱今儿就来唠唠这有限元模型建立步骤。
你说这有限元模型建立啊，就像是搭积木，得一块一块来，还得搭
得稳当、搭得漂亮。
首先呢，得有个清晰的规划，就像你要盖房子，得先想好盖个啥样的，这模型到底要用来干啥。
这可不是能随便糊弄的事儿，你得心里
有数啊，对吧？
然后就是对模型进行简化啦，把那些复杂得让人头疼的东西变得简
单点，不然咋下手啊。
这就好比你要画一幅画，总不能把所有细节都
一股脑儿往上堆吧，得抓重点呀！
接下来，就是划分网格啦，这可是个精细活儿。
就像给一个大蛋糕
切小块儿，得切得均匀、合适。
网格分得好，后面的计算才靠谱呢。
再之后呢，得确定各种边界条件和载荷情况。
这就好像给模型穿上
合适的衣服，得符合实际情况呀，不能乱套。
材料属性也不能马虎，这就像是给模型注入灵魂，不同的材料可有
不同的脾气呢。
然后就到了求解啦，这就像是一场考试，前面准备得好，这时候才
能考出好成绩。
最后别忘了验证结果，看看对不对，就像做完作业得检查一遍一样。
你想想看，要是这步骤没走好，那模型能好用吗？那不是白费劲嘛！所以啊，每一步都得认真对待，不能掉以轻心。
比如说，要是简化得不合理，那后面的计算可能就全错啦；要是网
格分得乱七八糟，那结果能准吗？就好比你走路，路都没铺好，还能
走得稳当吗？
这有限元模型建立啊，真的是一门学问，得慢慢琢磨，细心钻研。
咱可不能马马虎虎，得对自己的成果负责呀！这样建立出来的模型才
能可靠，才能发挥出它应有的作用。
你说是不是这个理儿呢？。
有限元建模方法
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
固定端杆件的受力 a-工程系统；b-有限元模型
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
4、建立有限元模型的一般过程
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
二、车架基本结构
车架是一个大型复杂的装配体，很难把所有的结构建 立有限元模型，因而在尽可能反映车身结构主要力学特性， 保证结构同样准确的前提下，对构件进行相应的简化。省 略车架构件中对车架的整体振型影响丌大的小尺寸结构， 比如弹簧吊耳，拉支架，焊接线夹等。忽略车架的焊缝及 所有工艺孔，将所有倒角和过渡圆角简化为直角等，简化 后的车架装配图。
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
2）．单元数据
(1)单元编号 (2)组成单元的节点编号 (3)单元材料特性值 (4)单元物理特性值 定义单元本身的物理特性和辅助几何参数，如弹簧单元 的刚度系数、间隙单元的间距、集中质量单元的质量、板 壳单元厚度和曲率半径等。 (5)一维单元的截面特性值 截面特性包括截面面积、惯性矩、极惯性矩、弯心位置、 剪切面积比等，截面特性通常由定义的截面形状和大小由 软件自动求出。 (6)相关几何数据 描述单元本身的一些几何特征，如单元材料的主轴方向、 梁单元端节点的偏移量和截面方位、刚体单元自由度释放 码等。
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
三、车架有限元分析及结果
却未 在与 枝群 头芳 独同 欢温 笑暖
四、总结
本文在以往对越野车车架，轻型货车车架和电动汽车车 架实例的基础上，利用有限元软件Hypermesh建立车架有 限元模型。再利用Nastran求解器对车架进行自由模态分 析，得到车架结构的固有频率和振型模态分析结果丌仅反 映了结构的动态特性，而且可以帮助设计人员在后续设计 中尽量避开这些频率或最大限度地减小对这些频率的激励， 从而减少共振和噪声，提高整车的平顺性和舒适性，同时 为结构的进一步改进提供理论依据。
有限元求解方法
有限元求解方法有限元求解方法是一种常用的数值计算方法，广泛应用于工程、科学和数学领域的求解问题。
本文将介绍有限元求解方法的基本原理、步骤和应用范围。
有限元求解方法是一种数值计算方法，通过将一个连续的问题离散化成有限个子问题，然后对这些子问题进行求解，最终得到整个问题的近似解。
在有限元求解方法中，将要求解的问题分割成许多小的单元，每个单元都有一个简单的数学模型。
通过对每个单元的求解，再通过组合这些单元的解，就可以得到整个问题的解。
有限元求解方法的步骤大致可以分为以下几个部分：建立数学模型、离散化、确定边界条件、求解、后处理。
首先，需要根据实际问题建立一个数学模型，这个模型可以是一个方程、一个微分方程或者一个变分问题。
然后，将问题离散化，将连续的问题分割成有限个单元，并在每个单元上建立一个简单的数学模型。
接下来，确定边界条件，即在模型的边界上给定一些已知条件。
然后，通过求解每个单元的数学模型，得到每个单元的解。
最后，将每个单元的解组合起来，得到整个问题的解。
在得到解之后，可以进行后处理，对解进行分析和验证。
有限元求解方法广泛应用于各个领域的问题求解中。
在工程领域，有限元方法可以用于结构力学、热传导、流体力学等问题的求解。
例如，在结构力学中，可以通过有限元求解方法来计算结构的应力和位移分布，进而评估结构的强度和稳定性。
在科学领域，有限元方法可以用于物理、化学、生物等问题的求解。
例如，在地震学中，可以通过有限元求解方法来模拟地震波的传播和地壳变形。
在数学领域，有限元方法可以用于偏微分方程的数值求解。
例如，在偏微分方程的数值解法中，有限元方法是一种常用的求解方法。
有限元求解方法的优点是可以处理复杂的几何形状和边界条件，并且可以灵活地调整离散化的精度。
同时，有限元求解方法还具有较高的计算效率和数值稳定性。
然而，有限元求解方法也存在一些限制和局限性。
首先，有限元方法的求解精度受到离散化的影响，离散化越精细，求解结果越接近真实解。
有限元实例教程
• 9.修改【优化设置】，对话框中的【最大迭 代次数】为10，其它参数值均为默认。 • （2）优化求解及其结果查看 • 1）右键单击【Setup1】节点，在快捷菜单 中单击【求解】命令，如下图 即可提交作 业解算。 • 2）稍等完成计算作业，并切换到Microsoft Excel工作程序显示优化结果，其中该表包 括【Optimization】,【Objective】,和 【Link的表达式】3个工作表格，其中 【Optimization】工作表主要显示设计目标
• 3）在【优化设置】对话框中单击【定义目标】按 钮，弹出图框如下图所示，默认目标对象为【模 型】，在图形窗口中选中连杆机构，默认【类型】 为【重量】，默认目标为【最小化】， • 4）在【优化设置】对话框中单击【定义约束】， 弹出【约束】对话框，默认类型为【位移】，选 择【平移X轴】，默认【限制类型】为【上限】， 【限制值】为0.04。 • 5）继续进行【约束】定义,选择【3D对象】，在 【类型】中设为【应力】，应用于【面】，单击 【VonMises】,单击连杆模型小孔内表面的右侧 面，默认类型为【上限】，【限制值】为225， 【下限】系统默认为0
4）在图形窗口中单击创建的基准平面，单击【确定】按钮即可将连杆小孔分割 为两个半圆柱面，为施加单侧力载荷提供了条件。 5）右键单击【仿真导航器】窗口中的【fem-link-.prt】节点，在弹出的快捷菜单 中单击【显示FEM】→【fem-link。Femt】命令，返回到有限元模型环境。 6）单击工具栏中的【更新有限元模型】图标，等待模型网络重新划分完成后， 右键单击【仿真导航器】窗口中的【fem-link.femt】节点，在弹出的快捷菜 单中【显示仿真】→【fem-link.sim器】图标，弹出对话框，在【单元族】选项中选 择【3D】，在【集合类型】选项中选择【实体】，在【物理属性】的【solid property】选项中选取上述设置的【PSOILID1】，默认【网格补集器】的名 称为【solid（1）】，单击【确定】。 6）单击工具栏中的【3D四面体网络】图标右侧的小三角形，弹出对话框，在窗 口中选择连杆三维模型，默认【单元属性】的【类型】为【CTETRA （10）】，单击【单元大小】右侧的【自动单元大小】图标，对话框中出现 【5.78】，手动修改为【2】，【目标补集器】中【meshcollector】选项为上 述设置的【solid（1）】，其他选项均为默认值，单击【确定】按钮。 7）单击工具栏中的【有限元模型检查】，弹出【模型检查】对话框，单击【应 用】按钮，在弹出的【信息】中出现【Number Fauled】信息，发现模型正 常，没有出现划分失败的网络。
三维有限元模型
三维有限元模型一、引言三维有限元模型是一种数学计算方法，用于分析和解决复杂的结构问题。
它可以将实际结构转化为由许多小单元组成的离散化模型，并通过数学方程求解每个单元的应力、应变等物理量，最终得出整个结构的响应。
本文将介绍三维有限元模型的基本原理、建模方法和求解过程。
二、三维有限元模型基本原理1. 有限元法基本思想有限元法是一种数值计算方法，它将一个连续的物理问题转化为由许多小单元组成的离散化问题，在每个小单元上建立数学模型，并通过求解代数方程组来得到整个系统的响应。
在三维有限元模型中，通常采用四面体或六面体等简单形状的单元进行离散化。
2. 三维有限元模型建立过程（1）几何建模：根据实际结构进行几何建模，包括确定结构尺寸、形状等。
（2）网格划分：将几何模型划分为许多小单元，并确定每个单元节点坐标。
（3）材料参数：根据实际材料性质确定每个单元的杨氏模量、泊松比等物理参数。
（4）载荷边界条件：根据实际工况确定结构所受载荷和边界条件。
（5）约束边界条件：根据实际结构确定约束边界条件，如支座、铰链等。
（6）求解：将以上信息输入计算机中，通过数学方法求解每个单元的应力、应变等物理量，并得出整个结构的响应。
三、三维有限元模型建模方法1. 网格划分方法三维有限元模型的网格划分可以采用手动或自动方式进行。
手动划分需要经验丰富的工程师进行，通常用于简单结构；自动划分则是利用计算机软件进行，可以快速生成复杂结构的网格。
2. 材料模型在三维有限元模型中，通常采用线性弹性模型来描述材料行为。
这种模型假设材料是各向同性的，并且满足胡克定律。
如果需要考虑非线性效应，则需要采用非线性材料模型。
3. 载荷和边界条件在三维有限元模型中，载荷和边界条件是建模的重要组成部分。
载荷可以是静载荷、动载荷或温度载荷等，边界条件可以是支座、铰链等。
四、三维有限元模型求解过程1. 单元刚度矩阵单元刚度矩阵是计算每个单元应力和应变的关键。
它由每个单元的杨氏模量、泊松比和几何信息确定。
有限元方法的求解步骤
有限元方法的求解步骤引言有限元方法（Finite Element Method，简称FEM）是一种重要的数值分析方法，广泛应用于工程领域中各种结构和材料的力学问题的求解。
本文将介绍有限元方法的求解步骤，包括问题建模、离散化、单元分析、全局组装和求解、结果后处理等环节。
问题建模在使用有限元方法求解实际问题之前，首先需要对问题进行建模。
问题建模是将实际问题转化为数学方程组，并确定其边界条件和材料特性等。
定义几何域首先需要定义几何域，即将实际物体抽象为一个或多个几何形状。
可以使用CAD软件进行建模，也可以通过数学公式描述几何形状。
决定物理场根据具体问题，决定需要考虑的物理场类型。
常见的物理场包括结构力学、热传导、流体力学等。
建立数学模型根据所选择的物理场类型，建立相应的数学模型。
在结构力学中，可以使用弹性力学方程描述材料的行为。
确定边界条件和材料特性确定边界条件和材料特性是问题建模的关键步骤。
边界条件包括约束和荷载，用于限制物体的运动和施加外力。
材料特性包括材料的弹性模量、泊松比等参数。
离散化离散化是将连续问题转化为离散问题的过程，将连续域分割成有限个子域（单元），并在每个单元上建立适当的数学模型。
选择适当的网格选择适当的网格是离散化的关键。
常见的网格包括三角形网格、四边形网格、四面体网格等。
选择合适的网格可以提高计算效率和精度。
建立单元模型在每个单元上建立适当的数学模型，例如使用有限元法时，可以使用插值函数来描述位移场。
划分单元将整个几何域划分为多个单元，通常是使用自动划分算法进行划分。
单元分析在每个单元上进行局部计算，得到局部解。
这是有限元方法中最基本也是最重要的环节之一。
单元刚度矩阵计算根据单元模型和所选数学模型，在每个单元上计算刚度矩阵。
刚度矩阵描述了单元内部的力学行为。
单元载荷向量计算根据边界条件和施加的荷载，在每个单元上计算载荷向量。
载荷向量描述了单元受到的外部力。
单元解计算根据刚度矩阵和载荷向量，通过求解线性方程组，得到每个单元的解。
有限元建模的一般步骤
有限元建模的一般步骤咱们得建模了。
把我们的物体或者结构在电脑上“画”出来。
就像在画画，先画个大概，然后慢慢填细节。
要注意啊，这里的每一个细节都很重要，像是画画的时候不能把人画成狗。
把物体分成小块，称之为“单元”，每个单元就像是个小棋子，在整个棋盘上各司其职。
这些单元会让整个模型更精确，毕竟谁不想在比赛中赢得漂亮呢？然后，咱们得给这些小块加点条件。
就像给每个角色设置个性，不同的材料、不同的受力方式、温度变化等等，都是影响结果的因素。
比如，你给木头和钢铁的强度设定可不能搞混了，不然可就闹笑话了。
你想象一下，木头的坚韧程度和钢铁比，简直就是一文不值。
这时候，得设置边界条件，确保模型能在现实中运行。
就好比给孩子们设个规矩，跑得快慢都有个底线。
算完了，咱们得做分析。
这个环节就像是个侦探，得仔细观察每个单元的反应，看看它们承受的力量如何、变形有多大。
通过计算，咱们可以得到一些结果，比如最大应力在哪里，变形量有多少。
这一过程就像是在解谜，拼凑出全貌，让人兴奋得很。
结果出来的时候，你心里那叫一个忐忑，既期待又紧张，就像开盲盒一样。
结果出来了不代表就万事大吉，得认真检查。
就像考试后查答案，不能草草了事。
有没有哪个地方不合理，或者数据不对劲的，得逐一核实。
这个环节可不能马虎，哪怕一丁点错误，都可能导致整个模型的失败，真是“千里之堤毁于蚁穴”啊。
做完这一步，你得看看有没有改进的地方，或者一些小窍门能让下次建模更顺利。
如果结果不尽如人意，那就得反复推敲，像是练习乐器，得多来几遍才能找到感觉。
有时候你可能需要调整模型，甚至重新设置条件。
可不要气馁，毕竟“失败乃成功之母”，每一次的调整都是向成功更进一步的过程。
想想那些伟大的科学家，多少次实验失败，最后还是发现了伟大的东西。
建模的成果要用图表和报告来呈现，就像把一份美味的佳肴端上桌，让大家都来品尝。
这不仅是对自己努力的认可，更是与团队分享的快乐。
通过这些结果，大家可以一起讨论，甚至展开新的研究方向。
有限元法基础
有限元法基础一、引言有限元法（Finite Element Method，简称FEM）是一种常用的数值计算方法，广泛应用于工程领域。
它通过将复杂的实际问题离散化为有限个简单的子问题，利用数值计算方法求解，从而得到问题的近似解。
本文将介绍有限元法的基础知识和应用。
二、有限元法的基本原理有限元法的基本思想是将求解区域划分为有限个简单的几何单元，如三角形、四边形等，每个几何单元内部的物理量假设为一个局部函数，通过组合这些局部函数来逼近整个求解区域内的物理量。
有限元法的基本步骤包括：建立数学模型、离散化、建立有限元方程、求解有限元方程、后处理。
三、建立数学模型建立数学模型是有限元法的第一步，它包括确定问题的几何形状、边界条件和材料特性等。
在建立数学模型时，需要根据实际问题的特点选择适当的数学方程描述物理现象，如弹性力学方程、热传导方程等。
四、离散化离散化是将求解区域划分为有限个几何单元的过程。
常见的几何单元有三角形、四边形、六面体等。
离散化的精细程度取决于问题的复杂度和精度要求，一般来说，划分得越细，结果越精确，但计算量也越大。
五、建立有限元方程建立有限元方程是根据离散化后的几何单元和数学模型，利用变分原理或加权残差法推导出的。
有限元方程是一个代数方程组，包含未知数和已知数，未知数是几何单元内的物理量，已知数是边界条件和材料特性等。
六、求解有限元方程求解有限元方程是通过数值计算方法解算方程组，得到未知数的近似解。
常用的求解方法有直接法、迭代法和松弛法等。
在求解过程中，需要注意数值稳定性和计算精度的控制。
七、后处理后处理是对求解结果进行分析和可视化的过程。
通过后处理，可以得到问题的各种物理量分布、应力分布等，进一步分析和评估计算结果的合理性和准确性。
八、有限元法的应用有限元法广泛应用于工程领域，如结构力学分析、流体力学分析、热传导分析等。
在结构力学分析中，有限元法可以用于计算结构的应力、应变、变形等；在流体力学分析中，有限元法可以用于模拟流体的流动行为；在热传导分析中，有限元法可以用于计算物体的温度分布等。
有限元方法的求解步骤
有限元方法的求解步骤引言有限元方法是一种数值分析技术，用于求解连续介质力学问题。
它的基本思想是将复杂的物理问题离散化为简单的几何单元，并在每个单元上建立适当的数学模型。
通过在整个域内组装这些单元，最终得到整个系统的近似解。
本文将详细介绍有限元方法的求解步骤，包括问题建模、网格划分、单元模型与刚度矩阵计算、边界条件处理和求解方程等内容。
问题建模在使用有限元方法求解实际问题之前，首先需要对问题进行建模。
这涉及确定问题的几何形状、边界条件和材料属性等方面。
通常可以使用偏微分方程来描述力学行为，并根据具体情况选择适当的方程类型。
网格划分网格划分是有限元方法中非常重要的一步，它将连续域离散化为有限多个几何单元。
常用的网格类型包括三角形网格和四边形网格。
根据具体情况，可以选择不同密度和形状的网格来逼近真实几何形状。
单元模型与刚度矩阵计算在每个几何单元上，需要建立适当的数学模型来描述物理行为。
通常使用一些基本假设和理论模型来近似真实行为。
对于弹性力学问题，常用的单元模型包括线性弹性、非线性弹性和塑性等。
根据单元模型，可以计算每个单元的刚度矩阵。
刚度矩阵描述了单元内部各个节点之间的相互作用关系。
它是由材料属性和几何形状决定的，并且可以通过数值积分等方法进行计算。
边界条件处理边界条件是求解过程中必须考虑的重要因素。
它们描述了系统在边界上的约束条件，例如固定边界、施加力或位移等。
在有限元方法中，通常将边界条件转化为所谓的约束方程，以便将其应用于整个系统。
对于固定边界条件，可以直接将相应自由度设置为零。
而施加力或位移边界条件，则需要将其转化为等效荷载或约束方程，并在求解过程中进行处理。
求解方程有限元方法最终目标是求解整个系统的近似解。
为此，需要将所有单元的刚度矩阵组装成整个系统的刚度矩阵。
同时，需要将所有边界条件应用于约束方程中。
通过求解线性方程组，可以得到系统的节点位移。
常用的求解方法包括直接法和迭代法。
在实际计算中，可以根据问题特点选择最适合的方法。
有限元模型验证方法
有限元模型验证方法有限元模型验证呀，就像是给模型做一场严格的“体检”呢。
一种方法是实验验证。
你可以做一些和有限元模型对应的物理实验。
比如说，要是有限元模型是模拟一个桥梁结构，那就在实验室或者实际场景里造个小比例的桥梁来做实验。
看看这个真实的小桥梁在受力啊、变形啊等方面的表现，再和有限元模型计算出来的结果对比。
要是两者很接近，那就像给模型发了个“健康证”啦。
不过呢，做实验也有麻烦的地方，像实验环境可能很难完全模拟模型的理想条件，而且实验设备也可能有误差。
还有就是和已知的解析解对比。
有些简单的力学问题是有精确的解析解的。
就好比一个简单的受均布荷载的梁，我们能通过理论公式算出它的应力、变形等。
把有限元模型计算这个梁的结果和解析解对比，如果相差不大，那这个模型在这方面就比较可靠啦。
这就像是找了个“学霸”的答案来核对自己的作业一样。
另外，参数敏感性分析也是个办法哦。
在有限元模型里，有很多参数，像材料的弹性模量、泊松比之类的。
我们可以改变这些参数的值，看看模型的结果会怎么变化。
如果某个参数稍微一变，模型结果就天差地别，那可能这个模型就有点“脆弱”啦，需要好好调整这个参数的取值或者重新审视模型的构建。
这就像是在给模型找它的“敏感点”，就像人身上有些地方特别怕痒一样。
网格收敛性分析也不能少呀。
有限元模型是靠网格划分来离散计算区域的。
网格的疏密会影响结果呢。
我们可以不断地细化网格，看看模型的结果是不是越来越稳定。
如果网格细化到一定程度，结果就不再有大的变化了，那就说明这个模型在网格方面已经比较靠谱啦。
就像是给模型穿衣服，网格就是衣服的布料，布料的细密程度合适了，模型才会“穿”得舒服又好看。
总之呢，有限元模型验证需要从多个方面入手，就像全方位地了解一个朋友一样，这样才能让有限元模型真正可靠地为我们的工程、科研等服务哦。
有限元建模方法
单元数量
真实解
二次单元
最
一次单元
大
变
形
单元数量
2、控制规模原则
1）计算时间 2）存储容量 3）计算精度 4）其 他
五、建模的一般步骤
软件 单元库
分几单单网模边
实际结构 设计方案
析 问 题 定
何 模 型 建
元 类 型 选
元 特 性 定
格 划
型 检
界 条
有限元模型
计算
件
定
义立择义分查义
2 2个移动自由度
空间轴对称结构
2
3个移动自由度 3个转动自由度
2
3个移动自由度 3个转动自由度
1
2个移动自由度 1个转动自由度
1
3个移动自由度 （平面杆单元2个）
平板结构 曲面壳体 轴对称曲面壳体 桁杆结构
1
3个移动自由度（平面梁2个） 3个转动自由度（平面梁1个）
梁结构
1
3个移动自由度（平面2个） 3个转动自由度（平面1个）
3、自适应分网(Adaptive meshing)
2.5 边界条件定义
一、位移约束条件 Displacement Restraints
1、位移约束的必要性
二、载荷条件
1、集中载荷
Concentrated Load
Nodal Load
2、分布载荷 Distributed Load
三、体积力 Volume Load
……
2.4 网格划分方法
一、网格划分原则 1、网格数量 (Number of mesh )
accuracy time
2、网格疏密 （ relative density）
有限元教程
第十五页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第十六页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第十七页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第十八页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第十九页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第二十页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第二十一页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第二十八页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第二十九页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第三十页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第三十一页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第三十二页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第三十三页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第三十四页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第三十五页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第三十六页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第三十七页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第三十八页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第三十九页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第四十页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第四十一页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第一页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第二页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第三页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第四页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第五页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第六页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第七页，编辑于星期一：二十三点 三十五分。
第二十二页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第二十三页，编辑于星期一：二十三点 三十五 分。
第四章建立有限元模型
➢如果没有指定属性，ANSYS 将MAT=1,
TYPE=1, 及 REAL=1 作为模型中所有单元 的缺省设置。
➢经验：在同一部分，将单元类型编号、实
常数编号、材料编号以及截面编号设置相 同的数字。
多种单元属性
➢为实体模型指定单元属性
定义全部所需的单元类型、材料 和实常数。
单元属性
定义实常数: Main Menu > Preprocessor > Real Constants ✓ [Add]增加一种新的 实常数设置。 ✓ 如果定义了多个单元 类型，首先选择实常 数的单元类型。 ✓ 然后输入实常数值。
多种单元属性
➢材料特性
每一分析都需要输入一些材料特性：结构单元所需 的杨氏模量，热单元所需的热传导系数KXX等。
指定新的或不同的网格控制。 重新划分网格。
细化网格
➢另一个网格划分选项，是在指
定的区域细化网格。
对所有面单元和四面体单元 有效。
最简单的方法是使用 MeshTool 先存储数据库。 选择要细化的区域 — 节 点，单元，关键点，线或 面 ，按 Refine 按钮。
细化网格
拾取要细化的实体 。 最后选择细化的尺寸级别，
控制网格密度
总体单元尺寸可单独使用或与智能网格划分联 合使用。 关闭SmartSizing，单独使用 ，将采用相同 的单元尺寸对体（或面）进行网格划分。 在智能网格划分打开时，ESIZE 充当引导， 但为适应线的曲率或几何近似，指定的尺寸 可能无效。
➢ 缺省尺寸
如果不指定任何控制，ANSYS 将用缺省尺寸， 它将根据单元阶次指定线的最小和最大份数， 高宽比等。
控制网格密度
➢线尺寸
有限元建模
输入间距 值，然后 选择OK 或Apply.
间距为 0.05
捕捉功能
在徒手创建几何图元时，捕捉功能用离散的、可控的增量代替光滑移 动，更精确地选取坐标或关键点等. 捕捉功能的特点: • 捕捉可以打开或关闭. • 捕捉增量可调.
• 捕捉增量可设置与工作平面间距相等(相当于在坐标纸上绘图).
捕捉功能 (续)
删除面以及面所包含的低阶图 元（线，关键点）
删除图元(续)
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure
要删除一个或多个图元 : Main Menu: Preprocessor > -Modeling- Delete
在图形窗口中拾取一个或多个图 元（本例中为面），然后选择 OK..
定义单元类型
1. ..... 2. ..... 3. ..... Procedure
设定单元类型: Main Menu: Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete
1. 选择 Add.
定义单元类型 (续)
2. 选择 Help 得到关于单元类 型的信息.
由几何模型创建有限元模型的过程叫作网格划分（meshing).
Meshing 有限元模型 几何实体模型
几何实体模型和有限元模型的来源
总共有各种途径创建ANSYS模型（包括几何实体模型和有限元模型），如下表所示：
Option A
CAD Package
ANSYS 1. Build solid model. 2. Mesh finite element model. 1. 2. 3. Import solid model Complete or modify as needed. Mesh finite element model.
有限元模型的建立
有限元模型的建立3 有限元模型的建立3.1 建模方法由节点和元素构成的有限元模型与机械结构系统的几何外型基本是一致的。
有限元模型的建立可分为直接法和间接法（也称实体模型Solid Modeling），直接法为直接根据机械结构的几何外型建立节点和元素，因此直接法只适应于简单的机械结构系统。
反之，间接法适应于节点及元素数目较多的复杂几何外型机械结构系统。
该方法通过点、线、面、体积，先建立有限元模型，再进行实体网格划分，以完成有限元模型的建立。
请看下面对一个平板建模的例子，把该板分为四个元素。
若用直接建模法，如图3-1，首先建立节点1~9（如N，1，0，0 ），定义元素类型后，连接相邻节点生成四个元素（如E，1，2，5，4）。
如果用间接法，如图3-2，先建立一块面积，再用二维空间四边形元素将面积分为9个节点及4元素的有限元模型，即需在网格划分时，设定网格尺寸或密度。
注意用间接法，节点及元素的序号不容易控制，其节点等对象的序号的安排可能会与给定的图例存在差异。
本章主要讨论直接法构建有限元模型，下一章介绍间接法（实体模型）有限元的建立。
3.2坐标系统及工作平面空间任何一点通常可用卡式坐标（Cartesian）、圆柱坐标（Cylinder）或球面坐标（Sphericity）来表示该点的坐标位置，不管哪种坐标系者需要三个参数来来表示该点的正确位置。
每一坐标系统都有确定的代号，进入ANSYS的默认坐标系是卡式坐标系统。
上述的三个坐标系统又称为整体坐标系统，在某些情况下可通过辅助节点来定义局部坐标系统。
工作平面是一个参考平面，类似于绘图板，可依用户要示移动。
欲显示工作平面可用如下操作：GUI:Utility Menu>Work PlaneGUI:Utility Menu>work Plane>Display Working Plane欲设置平面辅助网格开关可用如下操作：GUI:Utility Menu>Work Plane>WP Settings相关命令LOCAL,KCN,KCS,XC,YC,ZC,THXY,THYZ,THZX,PAR1,PAR2定义局部坐标系统，以辅助有限元模型的建立，只要在建立节点前确定用何坐标系系统即可。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Q/CNJ
有限元建模方法
四川南骏汽车集团有限公司发布
Q/72535404-028-2012
目次
前言 (III)
1 目的 (1)
2 适用范围 (1)
3 建模总则 (1)
4 命名规则 (1)
5 单元类型选择 (1)
6 单元质量要求 (2)
7 单元的处理 (3)
8 模型检查 (6)
I
Q/72535404-028-2012
前言
国家在有限元建模方面尚无完整、统一的标准，根据《中华人民共和国标准化法》规定，特制订本企业标准，作为有限元建模的依据。
本标准按GB/T 1.1—2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》和GB/T 1.2—2002《标准化工作导则第2部分：标准中规范性技术要素内容的确定方法》进行编写和表述。
本标准由产品研发中心提出。
本标准由产品研发中心批准。
本标准由产品研发中心起草。
本标准主要起草人：孙信。
III
Q/72535404-028-2012
有限元建模方法
1 目的
统一建模的方法，提高建模质量及模型一致性。
2 适用范围
NVH、强度疲劳分析、碰撞。
3 建模总则
3.1 统一采用Hypermesh软件的ABAQUS Standard3D模板进行前处理。
3.2 壳单元统一在中面上划分网格。
3.3 所有零件在整车坐标系下划分网格，整车坐标系原点为CAD整车装配模型的原点，采用右手坐标系，方向为：X 向正向为车行驶方向的反向，Y向正向竖直向上。
3.4 所有零件的长度单位为毫米（mm），采用其他单位时应先做转换。
3.5 不同的零件网格分在不同的组里面，同一规格的不同零件的所有单元可以放置在同一个组里面。
3.6 整车模型中，网格尺寸一般采用15 mm。
在应力分析中，螺栓连接区域、应力集中区域、接触区域网格可细化至3 mm。
3.7 非分析零件但与分析零件相关的零件模型可以简化。
3.8 非结构件可以不划分网格，其质量用集中质量单元加载在质心上。
4 命名规则
4.1 零件、部件名称要以字母开头，体单元网格前缀为solid，壳单元网格前面前缀为s，其后加上CAD 模型中的ID，后面接着下划线跟上材料名称；壳单元组名需再以下划线跟上p加单元厚度。
4.2 如果遇见重名的，在CAD对应ID后添加_xx以示区分。
4.3 零部件、属性、材料、工况、组(group)的名称不能出现“.”、“，”、“/”、“-”、“\”、“。
”、“*”、“#”、“@”、“&”、“(”、“)”、“+”之类的非法字符。
示例1：6105QP 货厢某零件8501108_X200_X2_00D7_X0_80_X2_0.PRT.138，其对应为厚度为6.5 mm，材料为Q235的钢板，在有限元模型中命名为：s8501108_01_q235_p6d5。
示例2：4108车架导入后某零件_X2_6CB97F38652F677F_X0_.PRT.49，对应为Q235的体单元网格，在有限元模型中命名为：solid_X2_6CB97F38652F677F_q235。
5 单元类型选择
5.1 原则上，厚度<10 mm的零件采用壳单元划分网格，厚度≥10 mm的零件采用实体单元划分网格：一般车身冲压件，车架、货厢等折弯件、平板件采用壳单元划分网格；底盘铸造件、钢板弹簧及其支座、活动构件（铰链、限位器等）采用六面体实体单元进行网格划分。
5.2 壳网格要求尽量使用四边形单元，可以采用少量三角形单元进行过渡，三角形单元的控制比例参见表1。
壳网格可用的单元类型见图1。
1
Q/72535404-028-2012
2 三角形（tria3）四边形（quad4）
图1 壳单元类型
5.3 实体网格要求采用六面体单元划分，可以采用少量的五面体或四面体单元进行过渡，实体网格可用的单元类型见图2。
六面体单元（hex8）五面体单元（penta6）四面体单元（tetra4）
图2 实体单元类型
6 单元质量要求
6.1 壳网格的单元质量应根据表1的数据进行控制。
表1 二维壳网格单元质量要求
6.2 实体网格的单元质量推荐根据表2的数据进行控制。
Q/72535404-028-2012
表2 三维实体单元质量要求（参考）
7 单元的处理
7.1 长宽比
在以应力分布为重点关注对象的区域里，单元的长宽比的推荐范围为1:1～1:2，在这以外区域里推荐范围可以到1:3为止。
7.2 单元的大小过渡要平滑
单元分割的大小急剧改变，在其附近应力分布的精度会变差，所以从大的单元要渐渐地变成小的单元，如图3所示。
图3 平滑过渡的单元
7.3 孔的处理（孔直径为D）
7.3.1 可以忽略直径D<6 mm非结构安装孔，但如果孔位于应力集中区，影响到应力分布时不可忽略。
7.3.2 所有结构安装孔都必须保留。
7.3.3 6 mm≤D<30 mm，采用washer画法，建议washer外扩量为5-8 mm，washer内应至少包含6个单元，如图4所示。
3
Q/72535404-028-2012
4
图4 小孔网格处理示意图
7.3.4 D ≥30 mm ，可采用washer 画法，也可采用一般画法。
7.4 圆角的处理
7.4.1 R<3 mm ，圆角可以忽略；但如果圆角位于比较受关注的应力集中区域，对应力分布有显著影响时不可忽略。
7.4.2 3 mm ≤R ＜15 mm ，画两层（最小单元尺寸可小于3 mm ）。
7.4.3 15 mm ≤R ≤25 mm ，画三层，如图5所示。
R<3mm ，忽略 3mm≤R＜15mm ，两层网格 15mm≤R≤25mm，三层网格 图5 圆角的处理
7.5 翻边的处理
7.5.1 翻边长度L<3 mm ，将翻边忽略。
7.5.2 翻边长度L ≥3 mm ，至少画二层单元（最小单元尺寸可小于3 mm ），如图6所示。
图6 翻边的处理
7.6 反向圆角处理
Q/72535404-028-2012
5
7.6.1 两个圆角的中心线距离L ＜5 mm ，采用一排单元过渡。
7.6.2 两个圆角的中心线距离L ≥5 mm ，在圆角过渡区域至少画三层单元（最小单元尺寸可小于3 mm ）。
7.6.3 在任何情况下都不推荐采用两层单元的过渡方式，如图7所示。
图7 反向圆角的处理
7.7 突筋的处理
7.7.1 突筋高度H ＜3 mm ，采用两排单元的画法（最小单元尺寸可小于3 mm ）。
7.7.2 突筋高度H ≥3 mm ，突筋区域至少画三排单元（最小单元尺寸可小于3 mm ），如图8所示。
图8 突筋的处理
7.8 缝焊的处理
缝焊处的两个面两条焊接联接的线上必须有相互匹配的单元节点，邻近的节点需连续地用beam 刚性单元联接，需要将beam 单元对应的节点对齐，因此需要将大面按照焊接在其上面的小面边界线进行切分，划分网格顺序为先画小面，再画大面，画大面各块网格时参照小面上的网格数布节点种子数。
如货厢边门是通过缝焊连接的，其网格划分顺序如下：1-边门中部横梁，2-边门锁扣，3-边门铰链，4-边门竖梁，5-边门上下横梁，6-边门面板。
边门缝焊连接网格对齐示意图如图9所示。
Q/72535404-028-2012
6
图9 缝焊联接网格对齐示意图
8 模型检查
每一个零件完成网格划分、网格质量调整以及零部件总成完成装配后，都必须进行以下四项工作：自由边界检查（仅对壳网格）、自由表面检查（仅对实体网格）、重复单元检查和法向一致性检查（仅对壳网格）。
8.1 壳网格自由边界检查
用Hyper Mesh 的Tool 面板下的Edges 工具，find edges 命令查看零件的自由边界状态。
如果零件内部连续区域出现红色的自由边界，如图10所示。
此时需用equivalence 命令或手动调整网格，消除零件内部的不正确的自由边界，使网格连续。
图10 用find edges 命令发现零件内部出现不正确的自由边界
8.2 实体网格自由表面检查
Q/72535404-028-2012用Hyper Mesh的Tool面板下的Faces工具，find faces命令查看零件的自由表面状态。
如果零件内部连续区域出现红色的自由表面，如图11所示。
此时需用equivalence命令或手动调整网格，消除零件内部的不正确的自由表面，使网格连续。
图11 用find faces命令发现零件内部出现不正确的自由表面
8.3 重复单元检查
用Hyper Mesh的Tool面板下的check elems工具，duplicates命令查询模型中的重复单元。
若模型中存在重复单元，单击save failed按钮，利用Delete entities工具，用elems->retrieve->delete entity命令将重复的单元删除。
1d、2d、3d 单元，都必须进行重复单元检查。
8.4 壳网格法向一致性检查
同一壳网格构成零件，其单元法向应一致。
用Hyper Mesh的Tool面板下的normals工具下的adjust normals调整壳网格法向。
7。