有限元模拟分析
有限元仿真技术
有限元仿真技术引言有限元仿真技术是一种用于解决工程问题的数值计算方法，通过将具有复杂几何形状和边界条件的问题离散为小的有限单元，然后分析这些单元的行为来近似解决原始问题。
在过去几十年中，有限元仿真技术得到了广泛的应用，已经成为许多工程领域中不可或缺的工具。
本文将探讨有限元仿真技术的原理、应用和发展趋势。
有限元分析的基本原理有限元分析的基本原理是将连续的物理现象离散为有限数量的单元，然后在每个单元内建立代表物理属性的数学模型。
这些单元通过一组已知的边界条件连接在一起，形成整个问题的数学模型。
通过求解这个数学模型，可以获得问题的近似解。
有限元分析的核心是有限元模型的建立。
建立有限元模型需要确定以下几个关键要素：1.几何模型：需要根据实际问题建立几何模型，通常使用三维网格来离散几何形状。
2.材料性质：需要确定每个单元的材料性质，例如弹性模量、密度、热导率等。
3.边界条件：需要确定每个单元的边界条件，例如力、热源等。
4.连接条件：需要确定不同单元之间的连接条件，例如接触、约束等。
有限元分析的应用领域有限元分析技术可以应用于各个工程领域，下面列举了其中一些常见的应用领域：结构力学在结构力学中，有限元分析可以用于计算结构的应力、应变、位移等。
它可以帮助设计师确定结构是否能够承受给定的负载，并对结构进行优化。
有限元分析在建筑、航空航天、汽车等领域中得到了广泛的应用。
流体力学有限元分析技术在流体力学中可以应用于解决各种与流体流动相关的问题，例如气动优化、水动力学等。
通过对流体的速度场、压力分布等特性进行模拟和分析，可以帮助工程师预测和改善流体力学系统的性能。
热传导有限元分析在热传导问题中也有广泛应用。
通过将热传导问题离散为有限单元，可以计算物体内部的温度分布，预测热流的传输路径和热传导的总量。
这在热处理、电子设备散热设计等领域中非常有用。
电磁场问题有限元分析可以用于求解与电磁场相关的问题，例如电磁场的分布、感应电压、电磁场的辐射等。
有限元分析实验报告
有限元分析实验报告有限元分析实验报告引言有限元分析是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，它可以通过将复杂的结构划分为许多小的有限元单元，通过计算每个单元的力学特性，来模拟和预测结构的行为。
本实验旨在通过有限元分析方法，对某一结构进行力学性能的分析和评估。
实验目的本实验的目的是通过有限元分析，对某一结构进行应力和变形的分析，了解该结构的强度和稳定性，为结构设计和优化提供参考。
实验原理有限元分析是一种基于弹性力学原理的数值计算方法。
它将结构划分为许多小的有限元单元，每个单元都有自己的力学特性和节点，通过计算每个单元的应力和变形，再将其组合起来得到整个结构的力学行为。
实验步骤1. 建立有限元模型：根据实际结构的几何形状和材料特性，使用有限元软件建立结构的有限元模型。
2. 网格划分：将结构划分为许多小的有限元单元，每个单元都有自己的节点和单元材料特性。
3. 材料参数设置：根据实际材料的力学特性，设置每个单元的材料参数，如弹性模量、泊松比等。
4. 载荷和边界条件设置：根据实际工况，设置结构的载荷和边界条件，如受力方向、大小等。
5. 求解有限元方程：根据有限元方法，求解结构的位移和应力。
6. 结果分析：根据求解结果，分析结构的应力分布、变形情况等。
实验结果与分析通过有限元分析，我们得到了结构的应力和变形情况。
根据分析结果，可以得出以下结论：1. 结构的应力分布：通过色彩图和云图等方式，我们可以清楚地看到结构中各个部位的应力分布情况。
通过对应力分布的分析，我们可以了解结构的强度分布情况，判断结构是否存在应力集中的问题。
2. 结构的变形情况：通过对结构的位移分析，我们可以了解结构在受力下的变形情况。
通过对变形情况的分析，可以判断结构的刚度和稳定性，并为结构的设计和优化提供参考。
实验结论通过有限元分析，我们对某一结构的应力和变形进行了分析和评估。
通过对应力分布和变形情况的分析，我们可以判断结构的强度和稳定性，并为结构的设计和优化提供参考。
有限元分析软件及应用
有限元分析软件及应用有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程力学的数值计算方法，用于模拟和分析材料或结构在力学、热学、流体力学等领域的行为。
有限元分析软件是用于进行有限元分析的工具，提供了对复杂问题进行建模、求解和分析的功能。
下面将介绍几种常用的有限元分析软件及其应用。
1. ANSYS：ANSYS是全球领先的有限元分析软件之一，适用于多个领域，如结构力学、流体力学、电磁场等。
在结构分析方面，ANSYS可以进行静力学、动力学、疲劳分析等，可应用于航空、汽车、能源、医疗等行业。
2. ABAQUS：ABAQUS是另一个广泛使用的有限元分析软件，适用于结构、热、流体、电磁等多个领域的分析。
ABAQUS提供了丰富的元件模型和边界条件，可以进行复杂结构的非线性、瞬态、热源等分析，广泛应用于航空航天、汽车、能源等领域。
3. MSC Nastran：MSC Nastran是一款专业的有限元分析软件，主要用于结构和动力学分析。
它提供了丰富的分析和模拟工具，可进行静力学、动力学、疲劳分析等。
MSC Nastran广泛应用于航空、汽车、船舶等领域，具有较高的准确性和可靠性。
4. LS-DYNA：LS-DYNA是一款用于求解非线性动力学问题的有限元分析软件。
它可以进行结构和流体的动态响应分析，主要应用于汽车碰撞、爆炸、冲击等领域。
LS-DYNA具有强大的求解能力和灵活性，可以模拟复杂的物理现象和材料性能。
除了上述几个常用的有限元分析软件外，还有许多其他软件也具有广泛的应用。
有限元分析在实际工程中有着广泛的应用，下面以汽车结构分析为例进行介绍。
汽车结构分析是有限元分析的一个重要应用领域。
有限元分析软件可以帮助工程师对汽车的结构进行模拟和分析，评估其在碰撞、强度、刚度等方面的性能。
首先，工程师可以使用有限元分析软件对汽车的结构进行建模。
软件提供了各种几何建模工具，可以根据汽车的三维CAD数据进行建模，或者使用简化的二维平面模型。
材料力学中的有限元方法分析
材料力学中的有限元方法分析材料力学是研究物质初始状态至最终破坏状态之间的力学行为及其规律的科学。
有限元分析是一种数值计算方法，可以求解各种工程问题的数学模型。
有限元方法在材料力学研究中有着重要的应用，本文将从有限元方法的基本原理、材料力学中的有限元分析、有限元模拟在材料力学中的应用等方面进行分析。
一、有限元方法的基本原理有限元方法是一种通过建立复杂结构的有限元模型，将一个复杂的连续问题转化为离散问题来求解的方法。
其基本思想是将一个连续物体分割成很多小的单元，使用一些简单的解析方法求解每个小单元内的力学问题，然后将所有小单元的解组合在一起来求解整体力学问题。
有限元方法求解的过程分为以下基本步骤：1.建立有限元模型2.离散化3.施加约束4.建立刚度矩阵和荷载向量5.求解未知量二、材料力学中的有限元分析材料力学中的有限元分析是指通过有限元方法对材料力学问题进行分析、计算和评估的方法。
材料力学问题中的目标是通过施加荷载或外界力，来得到物体内部的应力和应变状态，以及其随时间和载荷变化的规律。
在建立材料力学有限元模型时，需要考虑以下因素：1.应力集中和应变集中的位置和程度2.物理边界和几何结构3.材料的力学性质和力学参数材料力学中的有限元分析包含以下几个方面：1.静态分析：研究物体在静态等效荷载下的应力状态，计算物体的静态变形。
2.动态分析：研究物体在动态载荷下的应力和应变状态，计算物体的动力响应。
3.疲劳分析：研究物体在周期性载荷下的损伤状态、损伤机理和寿命预估。
4.热力耦合分析：研究物体在温度场和应力场的共同作用下的应力和应变状态。
5.多物理场分析：研究物体在电、磁、声、液、气、红外、光、辐射等多个物理场的共同作用下的应力和应变状态。
三、有限元模拟在材料力学中的应用有限元模拟在材料力学中的应用范围非常广泛，包括了以下几个方面：1.材料的结构设计和分析2.材料的性质和参数的测试和评估3.材料的制造和加工工艺的模拟4.材料的破坏和损伤机理的研究5.材料的寿命评估和振动疲劳分析最终，有限元分析的结果可以在材料设计、材料优化和制造流程等方面提供准确的数据支持，帮助人们更好地理解材料的力学行为和性质，促进材料科学的发展。
模拟仿真：有限元分析和计算流体力学的比较
模拟仿真：有限元分析和计算流体力学的比较随着计算机技术的发展，越来越多的工程问题可以通过数值模拟进行分析和解决。
有限元分析和计算流体力学是两种广泛使用的数值模拟方法，它们分别适用于不同的工程问题。
本文将对这两种方法进行比较，以期掌握它们的优缺点和适用范围，为工程应用提供指导。
一、有限元分析有限元分析是一种基于数学模型的工程分析方法，它模拟物体的结构和力学行为，并对其进行计算、预测和优化。
该方法在工程设计、机械制造、土木工程、航空航天、汽车工业等领域得到了广泛应用。
有限元方法的基本原理是将复杂物体划分为若干个离散的有限元，在每个元内建立数学模型，并将其组合成整个物体的数学模型。
有限元法的主要步骤包括建立有限元模型、选择计算参数、进行分析计算和结果评估等。
随着计算机技术的发展，有限元分析已经成为现代工程设计不可或缺的一部分。
有限元分析的优点：1.易于表达复杂结构和力学行为有限元分析可以将复杂而且多变的结构和力学行为进行分解和分析，这让我们避免了对复杂结构进行模拟试验的复杂、昂贵和不可靠。
将真实的物理结构离散成为若干小的有限元，则会简化问题和计算量，集中精力于具体细节的分析。
2.提高了工程设计的效率和准确性有限元分析可以通过改变模型中的材料和几何参数来进行分析和优化，这提高了工程设计的效率和准确性。
因为在物理试验中可能需要改变材料和几何参数，但在有限元分析中不需要。
3.能够分析复杂的非线性材料有限元分析能够分析复杂的非线性材料，如金属、塑料、土壤等。
而其他传统方法可能不适用于这些材料。
有限元分析的缺点：1.计算时间可能较长因为有限元分析需要大量计算，所以在时间和计算机资源有限的情况下，需要控制模型尺寸和计算精度。
如果计算次数过多或模型过大，则需要更长的计算时间。
2.数学模型的准确度未被证明虽然数学模型已经得到了广泛的认可和使用，但它们的准确性还有待验证。
此外，这些模型只是对真实物体的近似，所以准确性有限。
建筑结构分析中的有限元模拟方法探讨
建筑结构分析中的有限元模拟方法探讨导论：建筑结构分析是用来预测和评估建筑结构在不同荷载和环境条件下的行为和性能的一种工程计算方法。
在过去几十年里，有限元分析方法已经成为建筑结构分析的重要工具之一。
有限元模拟方法通过将连续结构离散化为有限个小元素，并通过数学计算模拟这些元素之间的相互作用，从而模拟和预测结构的行为和性能。
一、有限元模拟方法的基本原理有限元法是一种将连续体分割成有限数量的离散部分，利用小单元上的控制方程得到整个结构局部及整体性能的近似解的数值方法。
其中，有限元模拟方法主要包括以下几个基本步骤：1. 离散化：将结构分割为离散的有限元素，一般采用三角形、四边形单元，或者更复杂的六面体、四面体等多面体元素。
2. 建立单元方程：通过采用适当的数学方法，根据元素的形状和材料性质，建立方程来描述每个元素的力学性能，如应力、应变、位移等。
3. 装配方程：将单元方程装配成整个结构的方程组，利用单元方程和边界条件来求解结构的全局行为。
4. 边界条件：定义结构的边界条件，如支座约束、受力条件等。
这些边界条件对结构的行为和性能具有重要影响。
5. 求解方程：通过数值方法求解装配得到的结构方程，得到结构的应力、应变、位移等信息。
6. 后处理：根据求解得到的结果，进行结构的分析和评估，如应力的判断、变形的分析等。
二、有限元模拟方法的优势有限元模拟方法在建筑结构分析中具有以下几个优点：1. 精度：有限元模拟方法具备较高的精度，尤其是在考虑非线性和动力特性时能够更准确地模拟结构的行为。
2. 灵活性：有限元模拟方法可以适用于各种结构形式和荷载情况，包括静力、动力和非线性问题。
3. 经济性：有限元模拟方法可以有效地减少实际试验的数量和代价，节省了时间和资源。
4. 可视化：有限元模拟方法可以将结构的内部行为和应力分布可视化，有助于工程师更好地理解和评估结构的性能。
5. 效率：有限元模拟方法可以通过并行计算和高性能计算技术提高计算效率，快速得到结构的分析结果。
钢丝扭转性能测试的有限元模拟和分析
杂的成型作用环境，成型以后的钢丝性能已经与成型以前的胚材 性能有了很大的改变，分析成型钢丝的性能时不能够简单的将胚 材的材料性能应用其上 。
理论、实验的不足：已经取得的理论研究成果还远远不足以分析 得到钢丝型材的塑性扭转性能，实验测试就成为了解其扭转性能 的一个主要手段，但其能够获取的测试信息仍然是有限的。
忽略沿轴线方向的应力不均
钢丝在高速扭转过程中，沿轴向位于钢丝不同部位的横截面的 应力和变形是不相同的，具有波动特征。由于扭转端、中部和 固定端扭转的时间差距，使得横截面存在交变应力。这方面的 情况比较复杂，且难以预先给出分布规律，同时也影响较小， 故在模拟过程中暂不考虑。
模拟中所采用的材料参数为：
情况，对计算结果中网格划分影响进行比较 。
钢丝初始的单元划分数目是：纵向：100；径向：10；圆周：60 钢丝纵向单元划分数目改变的计算结果（应力值指横截面上的最
外边缘的应力值）：
纵向单元数 100
50
10
5
2
1
应力值(Mpa) 10.6 10.6
10.6
10.6
10.6
10.6
结论：钢丝沿纵向的单元划分的疏密，对计算结果没有太大 的影响。
有限元分析必要性：有限元模拟可以模拟在各种生产工况和极端 情况下的钢丝的响应和性能，能够给我们提供比实测更多的信 息。
有限元分析的目的：针对钢丝的弹塑性扭转性能测试进行模拟得 出应力分布的结果，并且对存在表面裂纹的钢丝扭转产生的破坏 进行断裂力学分析。这些分析有助于确定钢丝在扭转过程中的最 不利的位置，从而进一步指导实践 。
弹性模量：210Gpa，泊松比：0.3 ，应力-应变关 系如表所示：
有限元分析的原理及应用
有限元分析的原理及应用1. 引言有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种工程数值模拟方法，通过将大型、复杂的物理问题离散成多个小的有限元单元，并对每个单元进行数值计算，最终得到整体系统的解。
本文将介绍有限元分析的原理及其在工程领域的应用。
2. 有限元分析的原理有限元分析的原理可以概括为以下几个步骤：2.1. 建立几何模型首先，根据实际问题的几何形状，以及需要分析的部分，建立一个几何模型。
这个模型可以是二维的或三维的，可以通过计算机辅助设计（CAD）软件绘制，也可以通过测量现场物体的尺寸来获得。
2.2. 网格划分在建立好几何模型后，需要将其离散化为有限多个小的有限元单元。
常见的有限元单元有三角形、四边形和六面体等。
划分过程决定了数值计算的精度，越精细的划分可以得到更精确的结果，但同时也会增加计算量。
2.3. 建立数学模型和边界条件有限元分析需要建立一个数学模型来描述物理问题。
这个数学模型可以是线性的，也可以是非线性的，取决于具体的问题。
在建立数学模型时，还需要考虑边界条件，即模型的边界上可能存在的约束或加载。
2.4. 求解数学模型有了数学模型和边界条件后，需要对其进行求解。
求解过程可以采用迭代方法或直接求解方法，具体取决于问题的复杂程度和计算要求。
在这一步中，需要进行数值计算，得到对应的物理量，例如应力、位移、温度等。
2.5. 后处理在得到数学模型的解后，需要进行后处理，将数值结果转化为可视化或可以使用的形式。
后处理可以包括绘制位移云图、应力云图等，以及针对特定问题进行统计分析。
3. 有限元分析的应用有限元分析在工程领域有广泛的应用。
以下列举了一些常见的应用领域：3.1. 结构力学有限元分析在结构力学中的应用非常广泛。
通过有限元分析，可以对结构的强度、刚度、变形等进行分析和优化。
常见的应用包括建筑结构、桥梁、飞机、汽车、船舶等领域。
3.2. 热传导有限元分析可以用于模拟物体内部的温度分布和热传导过程。
汽车碰撞模拟中的有限元分析方法研究
汽车碰撞模拟中的有限元分析方法研究引言：汽车碰撞是一种严重的事故形式，对人身安全和车辆损坏造成巨大危害。
为了减少汽车碰撞事故的发生，汽车制造商和研究人员一直在不断努力改进汽车设计，其中有限元分析方法被广泛应用于汽车碰撞模拟中。
本文旨在研究汽车碰撞模拟中的有限元分析方法，分析其原理、优势和局限性，并探讨其未来发展的方向。
一、有限元分析方法的原理有限元分析方法是一种工程数值分析方法，通过将连续物体离散化为有限个单元，然后利用物理方程和连接条件推导出整个系统的性质和行为。
在汽车碰撞模拟中，有限元分析方法通过建立车辆模型和碰撞模型，并对车辆结构和材料特性进行模拟，可以预测碰撞过程中的应力、应变和位移等关键参数，从而评估车辆的结构强度和安全性能。
二、有限元分析方法在汽车碰撞模拟中的应用1. 车辆结构分析有限元分析方法可以模拟车辆结构在碰撞过程中受到的冲击和变形，从而评估车辆结构的强度和刚度。
通过分析车辆结构在碰撞过程中的应力和应变分布，可以发现车辆可能出现的破坏和损伤情况，并优化车辆设计，提高车辆的碰撞安全性能。
2. 碰撞事故重构有限元分析方法可以通过对碰撞事故的重构，模拟和分析事故发生的动力学过程。
通过模拟碰撞事故的速度、角度和车辆质量等参数，可以预测车辆碰撞时的撞击力和形变情况，为事故调查提供关键的技术支持。
3. 安全气囊和座椅设计有限元分析方法可以模拟安全气囊在碰撞事故中的动态行为，通过分析安全气囊的充气速度和形态，并与人体和车辆的相对位置和运动进行匹配，来评估安全气囊的有效性和适应性。
同时，有限元分析方法还可以模拟座椅在碰撞事故中的变形、应力和位移等参数，为座椅设计提供重要的参考。
三、有限元分析方法的优势1. 高度灵活性有限元分析方法可以根据不同的任务需求，对材料、结构和碰撞情况等进行高度灵活的建模和仿真，从而适应不同的汽车碰撞模拟需求。
2. 高精度和可靠性有限元分析方法基于实际的物理方程和材料特性，通过合理的模拟和计算，可以得出准确可靠的结果。
有限元仿真分析
有限元仿真分析有限元仿真分析是一项利用有限元理论分析实物问题的方法。
有限元理论源于二十世纪六十年代末发展起来的结构抗力理论，是一种利用有限元法求解实物问题的复杂理论和方法，把复杂的物体分为若干有限形状的“元”，元件中细分了空间和时间，并对其施加一系列已知条件，以便在微观上进行准确分析。
有限元仿真分析是一种复杂的结构抗力理论，它是一种数值计算的应用，可以用来解决复杂的物理材料的力学和热力学性能。
这项技术的目的是在计算机上模拟复杂物体的动态行为，通过计算自然现象的力学、热力学等的响应，对工程结构的安全性、稳定性和耗散性能等进行预测，以实现安全、高效、节能减排的设计目标。
有限元仿真分析可以模拟实物结构、材料特性及其各种状态下发生的情况，模拟出物体不同性质的变化，获取物体在不断改变状态时与环境相互作用的反馈变化。
例如，可以模拟出物体受力时的变形、应变，以及在静载荷和动载荷下的变化等。
另外，有限元仿真也可以模拟物体的温度场变化特性，从而认识到物体在不同温度下的力学性能变化情况，从而获得物体在不同温度下的力学特性。
有限元仿真分析法在工程应用方面的重要性已经日益凸显。
如在航空航天、汽车、核动力、船舶、新能源及工程制造等领域，有限元仿真仿真分析法被广泛用于结构分析、设计进程控制、性能验证和风险评估等，以确保结构物理特性的可靠性和高效性。
有限元仿真分析法不仅可以减少结构的实验分析，而且可模拟出实物结构的真实反应，并有效地控制设计工艺，从而提高了结构仿真能力，有效控制了工程投入风险，从而可以有效地实现安全、高效、节能减排的设计目标。
有限元仿真分析技术的发展，使有限元仿真仿真分析法成为一种既可靠又有效的分析技术，因此在工程建设、结构设计、技术开发等方面得到广泛应用。
有限元仿真分析法能够准确测量物体的性能和特性，可以帮助解决结构的复杂性，从而改善结构的可靠性，减少结构的错误，提高工程的高效性和抗冲击性，缩短工程的时间，减少结构的投资成本，从而可以提高工程的品质。
基于有限元模拟的机械振动分析研究
基于有限元模拟的机械振动分析研究一、引言机械振动是在机械结构中周期性的振动现象。
对于机械系统来说，振动不仅会降低机械设备的稳定性、可靠性和寿命，还会引起噪声、能量损耗等不良影响。
因此，准确地预测、分析和控制机械振动是机械工程领域的研究热点之一。
本文将介绍基于有限元模拟的机械振动分析研究。
二、有限元分析方法有限元方法是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，它可以模拟实际工程中复杂的结构和载荷情况。
有限元分析将实际结构离散化为有限数量的区域，然后利用数学方法对各个区域进行计算，最终得到整个结构的振动特性。
三、有限元模拟在机械振动分析中的应用1. 结构动力学分析有限元模拟可以预测机械结构在不同工况下的振动特性，包括自由振动和强迫振动。
通过对结构的模态分析，可以确定结构的固有频率、振型以及模态质量等参数，进而评估结构的稳定性和可靠性。
2. 振动响应分析有限元模拟可以模拟机械结构在外部激励下的振动响应。
通过对结构进行动力学分析，可以获得机械结构在不同频率和振幅下的振动响应曲线，并进一步评估结构的动态性能和振动特性。
3. 结构模态优化有限元模拟可以提供不同结构参数下的振动特性，从而帮助工程师选择合适的结构参数以达到减振和优化设计的目的。
通过在有限元模拟中改变材料性质、尺寸、连接方式等参数，可以评估不同设计方案的振动特性并做出合理的优化。
四、有限元模拟的局限性和解决方案尽管有限元模拟在机械振动分析中具有广泛的应用，但也存在一定的局限性。
首先，有限元模拟是基于一定假设和简化条件进行的，因此得到的结果可能与实际情况存在一定差异。
其次，模型的精确性和准确性与所采用的网格密度和模型参数有关。
最后，有限元模拟需要进行大量的计算，对计算机性能和算法效率提出了较高的要求。
为了克服这些局限性，可以采取以下解决方案。
首先，完善模型的建立过程，尽可能准确地模拟实际结构和载荷条件。
其次，在有限元模拟中采用合适的网格划分和参数调整，以提高模型的精度和准确性。
有限元分析-模态分析
观察结果
观察振型 （接上页）：
振型可以制作动画： Utility Menu > PlotCtrls > Animate > Mode Shape...
观察结果的典型命令
○ 在后处理中观察振型； ○ 计算单元应力； ○ 进行后继的频谱分析。
选择分析类型和选项
模态扩展 （接上页）： 建议： 扩展的模态数目应当与
提取的模态数目相等，这样做 的代价最小。
选择分析 类型和选 项
其它分析选项：
○ 集中质量矩阵： ● 主要用于细长梁或薄壳，或者波传播问题； ● 对 PowerDynamics 法，自动选择集中质量矩阵。
典型命令:
/POST1
SET，LIST
观察结果
列出自然频率：
在通用后处理器菜单中选择 “Results Summary”；
注意，每一个模态都保存在单独的子步中。
观察结果
观察振型：
首先采用“ First Set”、“ Next Set” 或“By Load Step” 然后绘制模态变形图： shape： General Postproc > Plot
• 2.3工程实例 • 有限元法基本思想节点位移与节点载荷 • 单元刚度矩阵 • 单元刚度矩阵的坐标变换 • 总的刚度矩阵叠加 • 位移
01
模态分析的定义和目 的
03
模态提取方 法的讨 论
05
做几个模态分析的练 习
07
学会如何在模态分析 中利用循环对称性
02
对模态分析有关的概 念、术语以及
有限元分析方法和材料断裂准则
一、有限元模拟方法金属切削数值模拟常用到两种方法，欧拉方法和拉格朗日方法。
欧拉方法适合在一个可以控制的体积内描述流体变形，这种方法的有限元网格描述的是空间域的，覆盖了可以控制的体积。
在金属切削过程中，切屑形状的形成过程不是固定的，采用欧拉方法要不断的调整网格来修改边界条件，因此用欧拉方法进行动态的切削过程模拟比较困难。
欧拉方法适用于切削过程的稳态分析（即“Euler方法的模拟是在切削达到稳定状态后进行的”[2]），仿真分析之前要通过实验的方法给定切屑的几何形状和剪切角[1]。
而拉格朗日方法是描述固体的方法，有限元网格由材料单元组成，这些网格依附在材料上并且准确的描述了分析物体的几何形状，它们随着加工过程的变化而变化。
这种方法在描述材料的无约束流动时是很方便的，有限元网格精确的描述了材料的变形情况。
实际金属切削加工仿真中广泛采用的拉格朗日方法，它可以模拟从初始切削一直到稳态的过程，能够预测切屑的形状和工件的残余应力等参数[2]。
但是用这种方法预定义分离准则和切屑分离线来实现切屑和工件的分离，当物质发生大变形时常常使网格纠缠，轻则严重影响了单元近似精度，重则使计算中止或者引起严重的局部变形[1]。
为了克服欧拉描述和拉格朗日描述各自的缺点，Noh和Hirt在研究有限差分法时提出了ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)描述，后来又被Hughes，liu和Belytschko等人引入到有限元中来。
其基本思想是:计算网格不再固定，也不依附于流体质点，而是可以相对于坐标系做任意运动。
由于这种描述既包含Lagrange的观点，可应用于带自由液面的流动，也包括了Euler观点，克服了纯Lagrange方法常见的网格畸变不如意之处。
自20世纪80年代中期以来，ALE描述己被广泛用来研究带自由液面的流体晃动问题、固体材料的大变形问题、流固祸合问题等等。
金属的高速切削过程是一个大变形、高应变率的热力祸合过程，正适合采用ALE方法。
第6章--Simulation有限元分析【可编辑全文】
可编辑修改精选全文完整版目录第六章 Simulation有限元分析 (2)6.1 Simulation基础知识 (2)6.1.1 有限元法概述 (2)6.1.2 Simulation概述 (2)6.1.3 Simulation使用指导 (4)6.1.4 Simulation有限元分析的一般步骤 (8)6.2 SimulationXPress应力分析 (10)6.3 Simulation结构有限元分析 (16)6.3.1 轴静态分析 (16)6.3.2 夹钳装配体静态分析 (36)6.4 Simulation优化分析 (50)6.4.1 优化设计概述 (50)6.4.2 优化设计基础知识 (51)6.4.3 轴的优化分析 (51)6.5 小结 (59)第六章 Simulation有限元分析在制造业中，为了缩短产品设计周期，提高产品质量，广泛采用计算机辅助工程（Computer Aided Engineering,CAE），机械设计已逐渐实现了由静态、线性分析向动态、非线性分析的过渡，由经验类比向最优设计的过渡。
CAE在产品开发研制中显示出了无与伦比的优越性，使其成为现代企业在日趋激烈的竞争中取胜的一个重要条件，因而越来越受到科技界和工程界的重视。
在CAE技术中，有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是应用最为广泛、最为成功的一种数值分析方法。
SolidWorks Simulation即是一款基于有限元（即FEA数值）技术的分析软件，通过与SolidWorks的无缝集成，在工程实践中发挥了愈来愈大的作用。
6.1 Simulation基础知识6.1.1 有限元法概述有限元法（Finite Element Method，FEM）是随着计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法，是一种求解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法。
有限元分析的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
车辆碰撞模拟中的有限元分析研究
车辆碰撞模拟中的有限元分析研究引言车辆碰撞是常见的交通事故形式之一，对车辆和乘员造成了严重的伤害和财产损失。
为了提高车辆的安全性能和减少交通事故的发生，有限元分析逐渐成为汽车工程中的重要工具。
本文将探讨车辆碰撞模拟中的有限元分析研究，并分析其应用前景。
一、有限元分析简介有限元分析是一种数值模拟方法，可以将实际的复杂结构离散成有限个简单的单元，通过有限元格子的变形来模拟结构的变化。
有限元分析既可以用于静力学问题，也可以用于动力学问题，包括车辆碰撞模拟。
在车辆碰撞模拟中，有限元分析可以准确地预测车辆在碰撞中的受力分布和变形情况，为安全性能的提升提供科学依据。
二、有限元分析在车辆碰撞模拟中的应用1. 车身刚度分析车辆碰撞时，车身的刚度将直接影响车辆的受力分布和变形情况。
有限元分析可以通过建立车身模型，计算车身在不同碰撞条件下的刚度，从而帮助车辆设计师优化车身结构，提高车辆的安全性能。
2. 碰撞部件优化设计碰撞部件是车辆碰撞中最容易受到冲击的部分，其设计和缺陷直接影响了车辆在碰撞中的安全性能。
有限元分析可以帮助车辆制造商在设计阶段评估并优化碰撞部件，以达到碰撞力分散和最大程度吸收冲击力的目的。
3. 安全气囊设计安全气囊是车辆碰撞中最重要的被动安全设备之一。
有限元分析可以模拟车辆在碰撞过程中安全气囊的展开和充气情况，准确预测安全气囊对乘员的保护效果。
基于有限元分析结果，可以对安全气囊的设计参数进行调整和优化，提高安全气囊的性能。
4. 碰撞模拟验证有限元分析可以将车辆碰撞模拟分为两个步骤：前处理和后处理。
前处理是指对碰撞模型的建立、网格划分和加载条件的设定。
有限元分析软件可以帮助工程师进行这些操作，从而创建可靠的碰撞模拟模型。
后处理是指对有限元分析结果的处理和解读。
工程师可以通过分析结果来评估碰撞模拟的效果，并与实际碰撞测试结果进行比对，以验证模型的准确性和可靠性。
三、有限元分析在车辆碰撞模拟中的优势和挑战1. 优势有限元分析在车辆碰撞模拟中有以下优势：- 可以准确预测车辆在碰撞中的受力分布和变形情况，为车辆设计师提供重要的参考依据。
有限元分析—模态分析
有限元分析—模态分析有限元分析是一种结构力学领域的分析方法，可以对结构进行数值求解，以获得其固有频率和振型。
模态分析是其中的一种应用，用于研究结构在固有频率下的振动情况。
本文将介绍有限元分析的基本原理、模态分析的步骤和应用，并讨论其在实际工程中的重要性。
有限元分析是一种利用数值方法对结构进行力学分析的技术。
它将结构离散化为有限数量的单元，通过单元之间的相互作用来模拟整个结构的力学行为。
在进行模态分析时，通常采用线性弹性模型，即假设结构在固有频率下是线性弹性振动的。
模态分析的主要目标是确定结构的固有频率和振型。
固有频率是结构自由振动的频率，与结构的几何形状、材料性质和边界条件等相关。
振型则描述了结构在不同频率下的振动模式。
通过模态分析，可以了解结构在特定频率下的振动情况，为结构设计和改进提供依据。
模态分析的步骤主要包括：建模、网格划分、边界条件的定义、求解和结果分析。
建模是指将实际结构抽象为数学模型，在计算机上进行仿真。
网格划分是将结构划分为有限数量的单元，以便进行数值求解。
边界条件的定义是指确定结构的受力和支撑情况，包括约束、荷载等。
求解是指通过数值计算方法求解结构的固有频率和振型。
结果分析是对求解结果进行解释和评价，了解结构的振动特性。
模态分析在工程中具有广泛的应用。
首先，它可以用于优化结构设计。
通过模态分析，可以评估结构在不同固有频率下的振动情况，从而优化结构的设计参数，使其在工作频率下保持稳定。
其次，模态分析可以用于故障诊断。
结构的振动特性在受到损伤或故障时会发生变化，通过模态分析可以检测出这些变化，从而确定结构的健康状况。
最后，模态分析还可以用于结构改进。
通过分析结构的振动模式，可以确定结构的薄弱部位，从而采取相应的改进措施，提高结构的性能。
在实际工程中，模态分析具有重要的应用价值。
例如，在航空航天领域，模态分析可用于研究航空器的振动特性，以评估其结构的可靠性和安全性。
在建筑领域，模态分析可用于评估建筑物的地震响应性能，从而确保其在地震中的安全性。
金属材料受力分析中的有限元模拟方法总结
金属材料受力分析中的有限元模拟方法总结有限元模拟是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，用于解决复杂结构的受力分析问题。
对于金属材料的受力分析，有限元模拟方法提供了一种有效的工具，可以预测材料在不同载荷条件下的行为和响应。
本文将总结金属材料受力分析中的有限元模拟方法，并探讨其应用和局限性。
有限元模拟方法基本原理有限元模拟方法是一种将复杂结构或材料分割成有限数量的小单元，通过对每个小单元进行有限元计算，再通过集成得到整体的结果的数值计算方法。
在金属材料的受力分析中，常用的有限元模拟方法包括线性静力分析、模态分析、热应力分析等。
线性静力分析是最常见的金属材料受力分析方法之一。
该方法假设材料在受力过程中的变形是线性的，并且忽略了材料的温度引起的热应力。
通过建立材料的有限元模型，设置载荷和边界条件，可以计算出材料在受力下的位移、应力和变形等结果。
模态分析是另一种常用的金属材料受力分析方法。
模态分析主要用于研究材料的固有振动特性和模态形态。
通过有限元模拟，可以计算出材料在不同频率下的模态形态和振动特性，从而预测材料在受力过程中的动态响应。
热应力分析是针对金属材料在温度变化条件下的受力分析。
该方法基于热传导理论和力学原理，通过建立热-机械耦合有限元模型，可以计算出材料在不同温度下的热应力分布和变形情况。
热应力分析在材料的设计和可靠性评估中起到重要的作用。
有限元模拟方法的应用金属材料的有限元模拟方法在工程实践中有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用场景：1. 结构强度分析：通过有限元模拟，可以确定材料的极限承载能力和结构的破坏模式，从而优化结构设计、提高结构的强度和刚度，确保结构的安全性。
2. 疲劳分析：金属材料在长期使用过程中会发生疲劳现象，导致材料的破坏。
有限元模拟可以模拟材料在不同载荷条件下的疲劳寿命，并进行疲劳强度评估和优化设计。
3. 热处理优化：金属材料的热处理对材料的性能有着重要影响。
有限元模拟可以预测材料在热处理过程中的温度分布和应力变化，从而优化热处理参数，提高材料的性能。
基于有限元模拟的混凝土结构变形分析研究
基于有限元模拟的混凝土结构变形分析研究一、研究背景混凝土结构在工程领域中占据着重要的地位，其性能对于工程的安全稳定起着至关重要的作用。
而混凝土结构的变形特性是影响其性能的重要因素之一。
目前，有限元模拟技术已经成为了混凝土结构变形分析的重要手段之一，能够对混凝土结构的变形特性进行精确的分析和预测。
因此，研究基于有限元模拟的混凝土结构变形分析具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、研究内容1.混凝土结构有限元模拟原理混凝土结构有限元模拟是利用计算机对混凝土结构进行分析和计算，采用有限元方法对结构进行离散化，将结构分成有限个单元，通过单元之间的相互作用力推导出整个结构的性能特点。
其中，有限元模型的建立和材料模型的选择是有限元模拟的关键。
2.混凝土结构变形特性分析混凝土结构变形特性是指在外力作用下，混凝土结构发生的变形规律和变形大小。
通过有限元模拟可以对混凝土结构的变形特性进行精确的分析和预测，如结构的受力情况、变形大小、应力分布等。
3.影响混凝土结构变形特性的因素混凝土结构变形特性受到多种因素的影响，如混凝土本身的材料特性、结构的几何形状、外力作用情况等。
在有限元模拟中，需要对这些因素进行综合考虑，以获得准确的混凝土结构变形特性分析结果。
三、研究方法本研究采用有限元模拟的方法，通过ANSYS软件对混凝土结构进行建模和分析。
首先，对混凝土材料的本构模型进行选择和建立，确定混凝土的力学性能参数。
然后，根据混凝土结构的几何形状建立有限元模型，并对结构进行离散化处理。
最后，通过加载相应的外力，对混凝土结构的变形特性进行分析和计算。
四、研究结果通过有限元模拟的方法，对混凝土结构的变形特性进行了分析和计算。
得到了结构的受力情况、变形大小、应力分布等重要参数，对混凝土结构的安全性和稳定性进行了评估。
同时，通过对影响混凝土结构变形特性的因素进行综合考虑，提出了相应的改善措施，以提高混凝土结构的性能和安全性。
五、研究结论本研究通过基于有限元模拟的方法，对混凝土结构的变形特性进行了分析和计算。
有限元仿真案例
有限元仿真案例一、案例背景。
想象一下，咱们要建一座超级炫酷的大桥。
这桥可不是随随便便就能建起来的，得先搞清楚它在各种情况下会不会被压垮或者变形得不像话。
这时候呢，有限元仿真就像一个超级英雄闪亮登场啦！二、建立有限元模型。
1. 几何建模。
工程师们得像搭积木一样把这座桥的形状在电脑里搭出来。
这座桥有长长的桥面，像个大板子；还有粗壮的桥墩，就像大桥的大粗腿一样撑着桥面。
这时候，在有限元软件里，就用各种形状的几何体来表示这些部分。
比如说，桥面可能用矩形的板单元来模拟，桥墩就用圆柱体或者棱柱体单元来表示。
这就像是在电脑里给大桥画了一张超级精确的蓝图。
2. 材料属性定义。
接下来就是给这些“积木”赋予它们的超能力啦，也就是材料属性。
桥身可能是混凝土做的，桥墩也许是钢筋混凝土的。
对于混凝土，得告诉电脑它的弹性模量（这个就像是它的硬度指标）、泊松比（它变形的时候横向和纵向的关系），还有密度等参数。
对于钢筋，又有它自己的一套参数。
这就好比告诉电脑这个桥的各个部分是由什么材料做的，它们有多硬、多重、多能扛。
3. 网格划分。
然后就是一个超神奇的步骤网格划分。
这就像是把大桥这个大蛋糕切成很多小块块。
这些小块块越小越精细，分析的结果就可能越准确。
但是呢，小块块太多了，电脑计算起来就会累得气喘吁吁。
所以工程师得找到一个平衡点，既让网格足够精细能反映桥的真实受力情况，又不会让电脑崩溃。
一般来说，在应力集中的地方，像桥墩和桥面连接的地方，就把网格画得更密一些，就像在这些关键部位多放几个小眼睛去盯着受力情况。
三、施加荷载与边界条件。
1. 荷载施加。
桥建好了是要承担很多东西的，比如说汽车在桥上跑来跑去，风呼呼地吹着桥。
在有限元模型里，就得把这些力都加上去。
汽车的重量就像一个个小砝码放在桥面上不同的位置，这就是集中荷载。
而风的力量呢，就像一大片手在推着桥的侧面，这是面荷载。
如果桥上还有路灯啊、广告牌啊这些东西，也得把它们的重量都考虑进去。
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天津理工大学材料成型过程模拟题目：关于紫铜管正挤压成型过程模拟姓名：余玉洋学号: 20090771组长: 陈磊其他成员：焦智、张雪平、周桐、吴天昊、张艳艳、张秋婕、刘学力目录1、题目描述2、题目分析3、解题模拟、思路4、模拟过程5、模拟结果分析6、结论7、参考文献一、题目描述：如图1.1所示为金属紫铜坯料和挤压模具结构示意图，紫铜的应力应变关系如图1.2所示，坯料与模具之间的摩擦系数为0.15。
求挤压过程中坯料内部的应力场变化、应变场变化。
①坯料紫铜的材料参数：弹性模量：MP；泊松比：；密度：；屈服强度：。
②模具材料参数:弹性模量：MP；泊松比：；密度：；屈服强度：。
二、题目分析：三、解题模拟、思路：1、定义工作文件名和工作标题：1.1、定义工作文件名执行Utility Menu-File→Chang Jobname-20090771，单击OK按钮。
1.2、定义工作标题执行Utility Menu-File→Change Tile-yuyuyang20090771，单击OK按钮。
1.3、更改目录执行Utility Menu-File→change the working directory –D/ansys。
2、定义单元类型和材料属性：2.1、设置计算类型ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural →OK，如图2.1.图2.12.2、选择单元类型执行ANSYS Main Menu→Preprocessor →Element Type→Add/Edit/Delete →Add →select Solid Brick 8node 185 →OKOptions…→select K3: Plane strain →OK→Close如图2.2所示，选择OK接受单元类型并关闭对话框。
图2.2定义单元类型对话框2.3、定义材料属性⑴、执行Main Menu→Preprocessor →Material Props →Material Models命令，出现Define Material Model Behavior对话框。
⑵、在Material Models Available 列表框中依次双击Structral→Linear →Elastic→Isotropic选项，出现Linear Isotropic Material Properties for Material Number 1对话框。
在EX输入栏中输入1.08E11，在PRXY输入栏中输入0.33，单击“OK”按钮关闭对话框，如图2.3(a)。
(a)（b）（c）图2.3输入材料性能参数对话框⑶、依次单击Structral→Friction Coefficient选项，出现Friction Coefficient for Material Number 1对话框，在MU输入栏输入0.15，单机“OK”按钮关闭对话框，如图2.3（b）。
⑷、依次单击 Structral→Density选项，出现Density for Material Number 1对话框，DENS输入栏输入8.9E3，单机“OK”按钮关闭对话框，如图2.3（c）。
⑸、在Define Material Model Behavior对话框中单击Material→New Model 命令，出现Define Material ID对话框，在输入栏中输入2，单机“OK”按钮关闭对话框。
⑹、在此时，将重复操作⑵、⑶、⑷。
只需分别将EX、PRXY、MU、DENS 输入栏中的数值输入2.06E11,0.30,0.15,7.9E3，分别单击“OK”按钮关闭对话框。
⑺、在Define Material Model Behavior对话框中选择Material→Exit命令，关闭该对话框。
3、创建几何模型：运用自底向上建立模拟模型，具体操作步骤如下：3.1、定义关键点⑴选择ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS →依次输入五个点的坐标: input:1.(0.017,0,0)、2.（0.055,0,0）、3(0.055,0.110,0)、4（0.021,0.110,0）、5（0.021,0.040,0）。
⑵创建第六关键点，a）、先创建局部坐标到第五点，从实用菜单中选择Utility Menu：WorkPlane→Local Coordinate Systems→Create Local CS→At Speciffied Loc +。
b）、在打开的创建坐标系对话框中，在Global Cartesian 文本框中输入0.021,0.040,0然后点击“OK”，得到Create Local CS At Specified Location对话框，如图3.4。
c）、在Ref number of new coord sys 文本框中输入11，在Type of coordinator system中选择Cylindrical 1，如图3.5。
d）、ANSYS Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Keypoints →In Active CS→输入（0.02，-125,0）→OK结束。
图3.4输入K5点坐标图3.5创建局部坐标系⑶、将坐标系转到全局直角坐标系下，从实用菜单中选择Utility Menu:WorkPlane→Change Active CS to→Global Cartesian。
现在创建第七关键点坐标为（0.017,0.040,0）。
3.2、生成模具截面：⑴、ANSYS 命令菜单栏: Main Menu: Preprocessor →Modeling →Create →Lines →In Active Coord →依次连接点1,2,3,4,5,6,7→OK ，生成线L 1，2,3,4,5，6如图3.6。
⑵、将线5,6搭接：Main Menu: Preprocessor →Modeling →Operate→Booleans→Overlap→Lines→输入5,6→OK，搭接完之后生成线7,8，9,10，操作完结果如图3.7（a）。
⑶、将线9,10删除：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Delete→Lines →Only，分别输入线9和线10，打击OK,操作完结果如图3.7（b）。
图 3.6 生成直线（a）线搭接后的图形（b）线删除之后的图形图3.7⑷、对线4和线8倒圆角：Preprocessor →Modeling →Create →Lines →Line Fillet，在输入栏输入，线3和线8，圆角半径0.005，打击OK结束。
如图3.8所示。
图3.8⑸、通过线生成截面：Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Arbitrary →By Lines→拾取所有的直线→OK。
3.3、创建模具和坯料1/4体：⑴、创建一条旋转直线，由关键点K100（0,0,0）,110（0,0.110,0），生成直线L6。
⑵、选装90°：Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude →Areas→About Axis→拾取面1→OK→在对话框中输入100,110→OK→再在对话框中ARC项中输入90，如图3.9所示。
其生成体的效果如图3.10所示。
图3.9图3.10 经旋转90°后效果图⑶、生成坯料模型体：a）、先生成坯料截面：Preprocessor →Modeling →Create →Areas →Rectangle→By Dimensions→在对话框中输入（0.019,0.021）、（0.042,0.102）→OK，如图3.11所示。
b）、接下来在按着⑵操作即可得到坯料的1/4体，其效果如图3.12所示。
图 3.11图 3.12 1/4体的模型体效果图4、划分网格：选用MainMune→Preprocessor →Meshing →Mesh Tool→V olumes Mesh→Tet→Free,.采用自由网格划分单元。
材料属性分配，将1号材料分配给坯料，将2号材料分配给模具。
在SmartSize前挑勾后可以自由设置网格的密度，如图3.13所示。
最终划分完网格的效果图如3.14。
图 3.13 划分网格前的设置图3.14 网格划分完后效果图5、创建接触面:在Main Menu→Preprocessor →Modeling →Create →Contact Pair下湖出现一个Contact Manager对话框如图3.15所示。
点击Pick Target···会出现图3.16在对话框中输入3,4,5,6点击OK后返回图3.15的界面点击Next后再输入12点击OK，在点击Next会出现图3.17窗口点击Create即完成，生成的接触面效果如图3.18。
图 3.15图3.16 图3.18图 3.176、施加约束、加载求解:6.1、定义分析类型: 选择Main Menu→Solution→Analysis Type命令，出现New Analysis对话框，选择Static，单击OK按钮关闭对话框。
6.2、施加约束：选择Main Menu→Solution→Define Laods→Apply→Structural→Displacement a）、再继续选择Symmetry→On Areas，现在拾取面1,9，10,15面点击OK，即对对称面施加约束结束，如图3.18所示。
b）、再继续选择On Areas出现拾取对话框，拾取面2,4,5,6,7然后点击OK，出现图3.19。
6.3、施加第一个载荷步及求解：⑴、Main Menu→Solution→Analysis Type →Sol’s Controls，会出现如图3.21对话框，按图样输入，点击OK退出对话框。
⑵、Main Menu→Solution→Solve→Current LS，出现solve current load step对话框，同时出现status comman窗口，选择file/close命令，关闭窗口。
再单击solve current load step对话框中OK按钮，第一个载荷步下开始计算求解。
⑶、求解结束时，出现note提示框，单击close按钮关闭该提示框，显示迭代过程的时间跟踪图。
6.4、施加第二个载荷步及求解：⑴、Main Menu→Solution→Define Laods→Apply→Structural→Displacement→On Areas 出现Apply U,ROT on lines对话框，先拾取13面，在选择UY在Value displacement volue文本框中输入—0.030施加向下的位移，单击OK按钮关闭对话框。