有限元方法及CAE软件简介
有限元法概述
大型商用的FEM通用软件分类
目前已经出现了许多大型结构分析通用软件，最早的 是美国国家宇航局（NASA）在1956年委托美国计算科学 公司和贝尔航空系统公司开发的ANASTRAN有限元分析 系统，该系统发展到现在已有几十个版本。此外，比较知 名的有限元分析软件还有德国的ASKA,英国PAFEC，法 国AYATUS，美国ABAUS、ADNA、ANSYS、BERSAF E、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC、STARNYNE 等。下面仅介绍几种当前比较流行的有限元软件。 （1） ANSYS。 ANSYS是融结构、流体、电场、磁 场和声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。其主要 特点是具有较好的前处理功能，如几何建模、网络划分、
电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦分 析，可以模拟多物理介质的相互作用，具有灵敏度分析 及优化分析能力；后处理的计算结果有多种显示和表达 能力。ANSYS软件系统主要包括ANSYS/Mutiphysics 多物理场仿真分析工具、LS-DYNA显示瞬态动力分析 工具、Design Space设计前期CAD集成工具、Design Xploere多目标快速优化工具和FE-SAFE结构疲劳耐久 性分析等。ANSYS已在工业界得到较广泛的认可和应 用。
现代设计理论及方法
有限元分析法
(Finite Element Analysis ， FEA)
概述
1、有限元法简介
有限元法是求解数理方程的一种数值计算方法，是将 弹性理论、计算数学和计算机软件有机结合在一起的一种 数值分析技术，是解决工程实际问题的一种有力的数值计 算工具。 目前，有限单元法在许多科学技术领域和实际工程问 题中得到了广泛的与应用，如，机械制造、材料加工、航 空航天、土木建筑、电子电气、国防军工、石油化工、船 舶、铁路、汽车和能源等，并受到了普遍的重视。 现有的商业化软件已经成功应用于固体力学、流体力 学、热传导、电磁学、声学和生物学等领域，能够求解由 杆、梁、板、壳和块体等单元构成的弹性、弹塑性或塑性 问题，求解各类场分布问题，求解水流管道、电路、润滑、 噪声以及固体、流体、温度间的相互作用等问题。
ug有限元分析
UG有限元分析什么是有限元分析有限元分析（FEA）是一种计算机辅助工程（CAE）方法，用于解决复杂工程问题。
它通过将结构或物体离散化为有限数量的子区域（有限元），并在每个子区域内确定适当的物理模型，从而近似求解连续结构中的应力、位移和其他物理特性。
有限元分析广泛应用于工程设计、结构分析、强度校核等领域。
UG(Unigraphics)是一款由西门子公司开发的集成化CAD/CAM/CAE软件。
它具有强大的建模和模拟功能，提供了一套完整的有限元分析工具，用于分析产品设计在各种载荷下的行为和性能。
UG有限元分析模块以其高度精确的计算结果和先进的求解算法而受到广泛的认可和应用。
UG有限元分析的优势1. 稳定性和准确性UG有限元分析采用了现代化的数值计算方法和稳定的数学模型，确保结果的准确性和可靠性。
它能够捕捉复杂结构的精细细节，并提供准确的应力和位移预测，帮助工程师做出准确的决策和优化设计。
2. 模拟功能的丰富性UG提供了丰富的分析类型和功能选项，使工程师能够模拟各种不同条件下的结构行为。
它支持静态分析、动态分析、热分析、疲劳分析等多种分析类型，以及多种材料模型和加载条件的设置，可满足不同工程需求的模拟分析。
3. 建模和后处理的高效性UG具有强大的建模工具和用户友好的界面，使建模过程变得高效和便捷。
用户可以通过简单的操作创建复杂的几何模型，并将其转化为有限元模型。
后处理工具提供了丰富的结果显示和分析功能，可对分析结果进行可视化处理，便于工程师对结果的理解和评估。
4. 与其他模块的集成性作为一款集成化的软件，UG有限元分析模块与UG其他模块（如CAD和CAM）的紧密集成，提供了全面的产品设计和工程分析解决方案。
它可以自动获取CAD模型的几何和材料信息，并将分析结果应用于后续的产品开发和制造过程中。
UG有限元分析的应用UG有限元分析在各个行业和领域都有广泛的应用，以下是一些典型的应用场景：1. 结构分析UG可以帮助工程师进行结构强度和刚度分析，对结构的载荷和约束条件进行预测和评估。
常用CAE分析简介
常用CAE分析简介1. 有限元分析（FEA）：有限元分析是一种将复杂结构分解为简单单元的方法，通过求解这些单元的力学行为，从而得到整个结构的力学性能。
有限元分析广泛应用于结构分析、热分析、流体分析等领域，可以帮助工程师评估设计的强度、刚度、稳定性等性能指标。
2. 计算流体动力学（CFD）：计算流体动力学是一种利用数值方法模拟流体流动问题的方法。
通过CFD分析，工程师可以了解流体在特定条件下的速度、压力、温度等参数，从而优化设计，提高设备的性能。
CFD分析广泛应用于航空航天、汽车、化工、建筑等领域。
3. 多体动力学（MBD）：多体动力学是一种模拟多个刚体之间相互作用的力学分析方法。
通过MBD分析，工程师可以研究机械系统的运动特性、动力学性能和振动特性，从而优化设计，提高设备的可靠性。
MBD分析广泛应用于汽车、、航天器等领域。
4. 优化设计：优化设计是一种在满足一定约束条件下，寻找最优设计方案的方法。
通过优化设计，工程师可以在保证产品质量的前提下，降低成本、提高性能。
优化设计方法包括线性规划、非线性规划、遗传算法等。
5. 可靠性分析：可靠性分析是一种评估产品在使用过程中发生故障的概率的方法。
通过可靠性分析，工程师可以了解产品的故障模式和故障原因，从而优化设计，提高产品的可靠性。
可靠性分析方法包括故障树分析、故障模式与影响分析等。
CAE分析在工程领域具有广泛的应用，可以帮助工程师在设计阶段发现潜在问题，优化设计，提高产品质量和降低成本。
随着计算机技术的不断发展，CAE分析将在未来发挥越来越重要的作用。
6. 热分析：热分析是一种评估产品在温度变化下的热传导、热对流和热辐射性能的方法。
通过热分析，工程师可以了解产品在不同温度条件下的热性能，从而优化设计，提高产品的热效率和热稳定性。
热分析广泛应用于电子设备、汽车、航空航天等领域。
7. 声学分析：声学分析是一种评估产品在声波作用下的声学性能的方法。
通过声学分析，工程师可以了解产品在不同频率下的声压级、声强级和声功率级等参数，从而优化设计，提高产品的声学性能。
机械设计基础机械设计中的CAE分析方法
机械设计基础机械设计中的CAE分析方法机械设计是工程领域中非常重要的一项任务，它涉及到各种机械设备的设计和制造。
而在现代机械设计中，CAE（计算机辅助工程）分析方法的应用越来越广泛，为设计师提供了强大的工具和技术支持。
本文将介绍机械设计中常用的CAE分析方法，以及它们在设计过程中的应用。
一、有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）有限元分析是机械设计中最常用的CAE分析方法之一。
它通过将实际的结构分割成有限数量的小元素，然后利用数值计算方法求解每个小元素的应力、变形等物理量。
这样可以在较小的计算范围内，准确预测结构的力学性能。
在机械设计中，有限元分析广泛应用于刚度、强度、稳定性、疲劳寿命等方面的评估。
设计师可以通过有限元分析来验证设计方案的可行性，确定合适的材料和尺寸，并最终优化设计方案。
二、计算流体力学分析（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）计算流体力学分析是机械设计中另一个重要的CAE分析方法。
它用数值方法解决流体力学方程，对液态、气态流体的流动、传热、传质等进行模拟和计算。
在机械设计中，计算流体力学分析常用于气动性能、液压性能、热传导等方面的研究。
通过CFD分析，设计师可以预测流体在机械设备中的流动状态和传热效果，为设计方案的改进提供重要的参考。
三、多体动力学分析（Multibody Dynamics Analysis，简称MDA）多体动力学分析是机械设计中用于研究刚体与刚体之间相对运动的CAE分析方法。
它将机械系统视为由多个刚体组成的多体系统，通过求解动力学方程，计算系统中刚体的位移、速度、加速度等运动参数。
在机械设计中，多体动力学分析广泛应用于机构设计、机械振动、运动机理等方面的研究。
通过MDA分析，设计师可以了解机械系统的运动规律和力学性能，优化机构设计，提高系统的工作效率和稳定性。
四、耦合分析（Coupled Analysis）耦合分析是机械设计中将多个CAE分析方法整合起来进行综合分析的方法。
CAE技术概述
目前，与CAD软件结合成为CAE（计算机辅助工程）
软件。
国内有限元法的形成与发展
1983年 梁教授开始研制FEPG 1993年 FEPG面世 1994年 获中科院科技进步二等奖 1995年 获国家科技进步二等奖 1996年 在数学家杨乐的建议下开始商品化 1999年 成立飞箭软件公司 2005年…… 已推出FEPG5.2 单机、网络、并行系列版本，国 内用户近200家 软件发明人
4. 其他
返回
无限元法
【定义】无限元方法是无限剖分的思想与有限元方法的结合， 它打破了“有限”的限制，因而比有限元方法更加灵活。 【特点】无限元是有限元方法中一种有限尺寸的无限单元， 可以有效的处理无限域与半无限域问题。
有限元法发展史
50年代，发展与萌生，单一功能程序，简单单元。
60年代，数学基础与证明，单一功能程序，多种单元。
1. 前处理 （有限元分析的主要步骤）
2. 模拟计算 3. 后处理
结束
CAE软件的前处理
1. 几何模型的建立或导入 2. 网格划分 3. 材料定义 4. 边界条件定义
5. 模拟参数的设定
返回
几何模型的建立与导入
1. 直接建立 2. 导入（IGES、STL等格式） 导入的几何模型可能存在缺陷，必要时 要进行修复
CAE技术概述
CAE简介
CAE技术是什么？？？ CAE技术有什么用？？？
CAE简介
CAE是Computer Aided Engineering（计算 机辅助工程）首字母的缩写。也称为计算机 辅助数值分析技术。
有限元软件ansys培训教程：第一讲常用CAE软件介绍.
Comsol Multiphysics软件
即为原来的FEMLAB软件，为多重物理场耦合分析软件系统。基 本模块中特色模块： 燃料电池 ( Fuel Cell ) 光电 (electronic optic ) 微机电 ( MEMS ) 两相流 ( Two Phase Flow ) 热传 ( Heat Transfer ) 专用模块： 化工模块 ( Chemical ) 结构分析模块 (Structural mechanics ) 电磁模块 ( Electromagnetics ) 热传 (Heat Transfer Module) 微机电 (MEMS Module) 地球科学 (Earth Science Module
工程计算软件系统第一讲
-常用CAE软件介绍 连志强
常用CAE软件系统介绍
通过这节课我们应该： 了解常用工程计算软件的分类； 记住常用工程计算软件的名字及主要功能； 了解一些行业专用的工程计算软件。
常用CAE软件系统分类
通常分类
通用类软件系统－可对多种类型的工程和产品的 物理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和 优化，以实现产品技术创新。这类软件以覆盖 的应用范围广而著称； 专用类软件系统－针对特定类型的工程或者产品 所开发的用于产品性能分析、预测和优化的软 件。这类软件因在某个特定领域的应用而见长；
Adina软件
ADINA是由Bathe开发的著名的有限元分析程 序，可以求解固体，流体，固-液耦合，热等 问题。包括模块有： ADINA－结构分析模块 ADINA-F－流体分析模块 ADINA-AUI－前后处理模块 ADINA-FSI－流固耦合分析模块 ADINA-T－热分析模块 ADINA-TMC－热结构耦合分析模块 ADINA-TRANSOR －与CAD系统
几乎所有的有限元分析的软件介绍——让你对CAE软件更了解
几乎所有的有限元分析的软件介绍——让你对CAE软件更了解有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种数值计算方法，用于求解结构、固体力学、热传导和流体力学等领域中的工程问题。
它通过离散化技术将复杂的连续体问题转化为一个有限数量的单元问题，再通过求解这些单元的代数方程组得到整个问题的近似解。
在工程领域，有限元分析常常被用来进行结构强度、振动、疲劳和优化分析等。
下面将介绍几个常见的有限元分析软件，包括ANSYS、ABAQUS、LS-DYNA和SolidWorks Simulation。
1.ANSYSANSYS是一款全面的有限元分析软件，包含了结构分析、流体动力学、电磁场分析和耦合多场分析等功能。
它具有强大的前后处理功能和丰富的材料模型库，可以模拟各种复杂的物理现象。
ANSYS还提供了多种优化算法，用于进行结构和材料参数的优化设计。
它广泛应用于航空航天、汽车、能源和电子等领域。
2.ABAQUSABAQUS是一款广泛应用于工程和科学领域的有限元分析软件，主要用于求解复杂的结构、流体和热力学问题。
它具有强大的建模和求解能力，支持线性和非线性分析。
ABAQUS还提供了各种完整的元件库和材料模型，同时支持多学科的耦合分析。
它适用于多种工程和科学领域，如航空航天、汽车、生物医学和材料科学等。
3.LS-DYNALS-DYNA是一款专注于动力学和非线性问题的有限元分析软件，用于模拟高速碰撞、爆炸和弹道问题等。
它具有优秀的显式求解器和平行计算能力，能够处理大型和复杂的模型。
LS-DYNA还提供了丰富的材料模型和接触算法，支持多物理场耦合。
它适用于汽车、航空航天、国防和地震等领域。
4. SolidWorks SimulationSolidWorks Simulation是一款基于SolidWorks CAD软件的有限元分析工具，用于进行结构和流体力学分析。
它提供了友好的用户界面和强大的建模和分析功能，能够快速进行设计验证和性能优化。
CAE常用软件介绍解析
CAE常用软件介绍解析CAE（计算机辅助工程）是一种使用计算机来模拟和分析工程问题的方法，可以有效地预测和优化工程设计。
CAE软件是实现这种方法的工具，它们提供了一系列功能和工具，用于建立工程模型、进行仿真分析和优化设计。
下面是几个常用的CAE软件的介绍和解析。
1.ANSYS（美国分析系统公司）ANSYS是一款功能强大的有限元分析软件，在各个领域广泛应用。
它提供了完整的有限元模拟流程，包括前处理、求解和后处理功能。
用户可以使用ANSYS来进行结构分析、热分析、流体力学分析等多种仿真分析。
ANSYS还具有强大的优化功能，可以帮助工程师在设计过程中找到最佳解决方案。
2. Abaqus（达索系统公司）Abaqus是一种先进的有限元分析软件，广泛应用于结构、热、流体和多物理场的仿真分析。
它具有非线性分析、大变形分析、接触分析、疲劳分析等强大的功能。
Abaqus还拥有复杂材料建模和复杂装配体建模的能力，可以解决各种复杂工程问题。
3. SolidWorks Simulation（达索系统公司）SolidWorks Simulation是SolidWorks软件的一部分，用于进行结构和流体力学分析。
它提供了直观的用户界面和易于使用的工具，使工程师能够进行快速的仿真分析和设计验证。
SolidWorks Simulation可以进行线性和非线性分析、静态和动态分析、热分析、疲劳分析等。
它还与SolidWorks CAD软件紧密集成，实现了CAD和CAE的无缝连接。
4. Nastran（西尔斯公司）Nastran是一种通用的有限元分析软件，广泛应用于结构、热、流体和振动的仿真分析。
它具有强大的求解器，可以处理大型和复杂的工程模型。
Nastran还提供了广泛的材料模型和加载条件，可以满足各种复杂的仿真要求。
它还支持多物理场分析和优化设计。
5. COMSOL Multiphysics（COMSOL公司）COMSOL Multiphysics是一种高级的多物理场模拟软件，可以解决各种物理和工程问题。
有限元法概述
（2）MSC/NASTRAN。 MSC/NASTRAN是在原NAST RAN基础上进行大量改进后的系统软件，主要包括MS C.Patran并行框架式有限元前后处理及分析系统、 MS C.GS-Mesher快速有限元网格、 MSC.MARC非线性有 限元软件等。其中MSC.MARC具有较强的结构分析能
.
5.在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 6. 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费； 7. 进行机械事故分析，查找事故原因。
轴承强度分析
.
汽车碰撞实验
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刹车制动时地盘的应力分析
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钢板精轧机热轧制分析
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三维椭圆封头开孔补强
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水轮机叶轮的受力分析模拟
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人体股骨端受力分析
.
半导体芯片温度场的数值仿真
知量时称为混合法。 位移法易于实现计算自动化，所以，在有限单元法
中位移法应用范围最广。
.
2、有限元法的发展
有限单元法基本思想的提出，可以追溯到Courantl在1 943年的工作，他第一次尝试应用定义在三角形区域上的 分片连续函数和最小位能原理相结合，来求解St·Venant 扭转问题。相继一些应用数学家、物理学家和工程师由于 各种原因都涉足过有限单元的概念。
.
4、有限元的特点
(1) 概念清楚,容易理解。可以在不同的专业背景和水平 上建立起对该方法的理解。从使用的观点来讲,每个人的 理论基础不同,理解的深度也可以不同,既可以通过直观的 物理意义来学习,也可以从严格的力学概念和数学概念推 导。
CAE软件概述及非线性有限元软件介绍
CAE软件概述及非线性有限元软件介绍CAE软件通常可分为分析软件和行业专用软件。
它从功能上可分为求解器软件和前后处理软件。
从应用方向和领域上有可以分为主要面向结构领域的有限元分析（FEA）软件和针对流体力学领域的计算流体力学分析（CFD）软件，以及解决多物理场耦合问题的多场耦合分析软件。
通用软件是可以对多种类型的产品和工程问题的物理力学性能进行分析，模拟，预测，评价和优化，以实现产品技术创新的软件，它以覆盖的应用范围广而著称。
通用软件可以说是琳琅满目，目前在国际上被市场认可的通用FEA软件主要包括：美国MSC公司的MSC.NASTRAN, MSC.MARC, MSC.DYTRAN, MSC.ADAMS. MSC.FATIGUE. 美国ANSYS公司的ANSYS，AUTODYN, 法国DASSAULT SYSTEMS公司的ABAQUS，美国LSTC公司的LS-DYNA，美国NEI公司的NEiNASTRAN，比利时SAMTECH公司的SAMCEF，美国ADINA公司的ADINA，法国ESI公司的PAMCRASH，美国Altair公司的OPTISTRUC，RADIOSS和美国EDS公司的I-DEAS等。
这些软件都有着各自的特点，在行业内，一般将其分为线性分析软件，一般非线性分析软件和显式高度非线性分析软件。
例如，NASTRAN, ANSYS, SAMCEF/LINEAR都在线性分析方面具有自己的优势；而MARC，ABAQUS, SAMCEF/MECANO和ADINA则在非线性分析方面各具特点。
其中，MARC和ABAQUS被认为是最优秀的非线性求解软件；SAMCEF/MECANO在弹性体和刚体耦合非线性分析方面见长；LS-DYNA. MSC.DYTRAN. ABAQUS/EXPLICIT. PAMCRASH和RADIOSS是显式高度非线性分析软件的代表；LS-DYNA在结构分析方面见长，是汽车碰撞房子（CRASH）和安全性分析（SAFETY）的首选工具；而MS.DYTRAN则在流固耦合分析方面见长，在汽车缓冲气囊和国防领域应用广泛。
有限元与CAE技术
4）剪应力互等定律 作用在两个互相垂直的面上并且垂直于该两面交线的剪应力是互等的。(大小相等，正负 号也相同)。因此剪应力记号的两个角码可以对调。
2.应变的概念（物体的变形程度） 变形体：在外力的作用下。若物体内任意两点之间发生相对位移，这样的物体叫做边形体， 它与材料的物理性质密切相关。 1.应变：体素的变形可以分为两类：一类是长度的变化，一类是角度的变化。 （1）线应变(或称正应变)：任一线素的长度的变化与原有长度的比值。 用符号 ε 来表示。沿坐标轴的线应变，则加上相应的角码，分别用εx、εy、εz来表示。当线 素伸长时，其线应变为正。反之，线素缩短时，其线应变为负。这与正应力的正负号规定 相对应。
1、平面应力问题
厚度为t的很薄的均匀木板。只在边缘上受到平行于板面且不沿厚度变化 的面力，同时，体力也平行于板面且不沿厚度变化。 以薄板的中面为xy面，以垂直于中面的任一直线为Z轴。由于薄板两表面 上没有垂直和平行于板面的外力，所以板面上各点均有：
另外由于平板很薄，外力又不沿厚度变化， 可认为在整个薄板内各点均有：
以平面问题的三角形 3 结点单元为例。如图 1-15 所示，单元有三个结点 I、J、M，每 个结点有两个位移 u、v 和两个结点力 U、V。
图 1-15 三角形 3 结点单元
建立结点位移与结点力之间的转换关系
转换矩阵[K]称为单元刚度矩阵。单元分析的主要目的就是要求出单元刚度矩阵。
3.整体分析 对由各个单元组成的整体进行分析，建立节点外载荷与结点位移的关系，以解出结点 位移，这个过程为整体分析。将离散化了的各个单元合成整体结构，利用结点平衡方 程求出结点位移。在位移法中，主要的任务是求出基本未知量---结点位移。为此需要 建立结点的平衡方程。例如在自重作用下的等截面直杆中，我们建立力学平衡方程， 通过解方程组可以得到问题的求解。
有限元分析简介CAE前处理
2.1 hypermesh基本功能介绍
软件界面 1D面板常用操作
1. edit element : 创建与编辑单元 ，快捷键F6
2. replace: 替换节点，常用于手工合并共节点，快捷键F3
3. detach: 拆分功能，常用于分开共节点的单元 4. connector: 用于批量创建焊点 5. Hyperbeam: 用于常见和定义梁的截面属性 6. bars/rigids/rbe3: 用于常见杆、梁刚性体与柔性单元 7. masses: 创建和修改质量单元
CAE分析中要保证单位制的统一
2. CAE前处理
2.1 hypermesh基本功能介绍
2.1 hypermesh基本功能介绍
2.1 hypermesh基本功能介绍
Hypermesh快捷键
2.1 hypermesh基本功能介绍
hypermesh根据菜单功能分成7项： Geom: 1D: 几何特征生成及编辑 一维单元生成及编辑
2D:
3D: Tool: Post:
二维单元生成及编辑
三维单元生成及编辑 模型编辑及检查功能 后处理及编辑功能
Analysis: 接触和界条件定义及编辑
2.1 hypermesh基本功能介绍
软件界面 Goem面板常用操作
1. quick edit : 集成了常用的几何清理工具 ，快捷键F11
2. autocleanup: 自动清理功能，推荐划分网格熟练后选择性使用
2.2 hypermesh几何清理
优化拓扑关系（几何清理）： 就是优化面与面之间的连接关系，修复错误的几何关系，还原几何数据到零件的 实际状态，为后续网格划分做铺垫
2.2 hypermesh几何清理
2.2 hypermesh几何清理
cae与有限元分析解析
cae与有限元分析解析在现代工程设计领域，计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering, CAE）和有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）解析是两种不可或缺的工具。
它们可以为设计工程师提供准确、有效的技术支持，从而提高产品的可靠性和可持续性。
CAE是借助计算机技术来辅助工程设计的一种方法。
它涉及多个领域，如结构力学、流体力学、热力学和电磁学，能够预测产品性能并进行设计优化。
CAE可以模拟真实环境中的场景，例如承受荷载或受到碰撞等情况。
设计师可以使用CAE模型来预测产品在遇到这些情况时的行为，并进一步优化设计。
FEA是CAE领域中的一个常见分支。
它是一种数值算法，可以用于模拟结构、流体、热和电问题中的物理现象。
FEA可以将复杂的工程流程简化成简单的线性和非线性方程，并用计算机软件来解决。
FEA程序可以生成2D和3D模型，并通过应变、力等场值来分析其性能。
得到负载和反馈信息后，设计师可以做出相应的改进。
和其他建模方法相比，FEA的最大优点是其细节层面的分析能力。
FEA可以模拟大量不同结构的应力和应变状态，包括复杂设计中的混合材料。
它还能够对所有结构组件执行高级的力学和热学分析。
这种方法还可以提供许多其他带来的优势，如减少模型误差、提高设计安全等。
虽然有许多表明这种方法的好处，但FEA同样存在一些挑战。
设计师必须对数值方法具有充分的理解，并了解FEA程序中所使用的技巧和策略。
用户还需要应对外部因素的影响，比如温度对材料性能的影响。
因此，如果工程师没有经验或知识水平较低，则可能会遇到许多问题。
在设计产品过程中，使用CAE和FEA可以最大化减少设计过程中的错误，并增强工程估算的准确性。
由于这些工具的广泛应用，工程师们再次获得作为真正的技术专家的机会。
他们可以快速、准确地模拟并分析产品的性能，以提供安全、可靠并高效的产品。
总之，CAE和FEA解析作为现代工程设计领域的关键工具，已经得到了广泛的应用。
CAE与有限元分析解析
CAE与有限元分析解析
有限元分析是一种数学建模方法，旨在通过将复杂结构分割为离散化
的更简单的单元，利用线性或非线性的方程求解方法，对结构力学、热力学、流体力学等问题进行分析和预测。
有限元分析的关键步骤包括离散化、建立总体强度方程、构建单元的局部坐标系、形函数和单元刚度矩阵的导出、组装方程和求解等。
有限元分析广泛应用于机械、航空航天、建筑、能源、汽车等领域中
的结构、流体和热力学问题。
例如，在机械工程中，可以通过有限元分析
来评估零件和结构的强度、刚度和振动特性，从而优化设计方案并提高产
品的性能和可靠性。
在建筑设计中，可以使用有限元分析来确定建筑物的
稳定性和结构安全等。
在能源领域，可以通过有限元分析来优化燃烧流动
和传热过程，提高能源利用效率。
CAE方法通过数值模拟和计算方法，可以在产品设计的不同阶段提供
准确的工程分析和预测。
通过CAE，工程师可以实现更快速、更高效的产
品设计、优化和验证，减少了实验测试的需要，降低了成本和开发周期。
总之，有限元分析和CAE是现代工程设计和分析中不可或缺的数学建
模和仿真方法。
有限元分析是CAE的一个重要组成部分，通过对结构和物
理系统的连续域进行离散化，用数学模型描述系统的动力学特性。
CAE则
是更广义和综合的概念，包括了有限元分析、计算流体动力学、优化设计、设计验证和模拟等多个方面，旨在通过计算方法和工具来支持工程师在产
品设计和开发过程中的各个阶段进行虚拟测试和仿真。
CAE常用软件介绍
CAE常用软件介绍1.ANSYSANSYS是一款功能强大的有限元分析软件，提供了多种分析模块，包括结构力学、流体力学、电磁场分析等。
它可以模拟和优化各种物理现象和工程应用，如风力发电机设计、汽车车身强度分析等。
2.ABAQUSABAQUS是一款广泛应用于结构、流体和耦合场问题的有限元分析软件。
它拥有先进的非线性和动态分析功能，适用于复杂的工程结构和材料力学问题的建模和分析。
3.CATIACATIA是一款综合性的CAD/CAM/CAE软件，广泛用于制造业和工程设计领域。
它提供了丰富的建模和分析工具，可用于设计和优化各种产品和系统，如飞机、汽车和工业机械等。
4. SolidWorksSolidWorks是一种基于特征的CAD软件，也提供了强大的CAE功能。
它可以进行结构、流体和热传导等多学科仿真分析，并提供了友好的用户界面和直观的建模工具，方便工程师进行设计和分析。
SOLCOMSOL Multiphysics是一款多物理场仿真软件，可用于求解结构力学、流体力学、电磁场和热传导等多学科问题。
它采用有限元方法和其他数值方法，适用于各种工程领域的模拟和优化。
6. MSC NastranMSC Nastran是一款广泛应用于结构力学和动力学分析的有限元软件。
它支持多种线性和非线性分析，可用于求解复杂的结构静力学、动力学和疲劳分析问题。
7. HyperMeshHyperMesh是一款用于前期建模和网格生成的软件，适用于各种CAE分析工作。
它提供了丰富的建模和网格处理工具，可以有效地准备复杂模型进行后续分析。
8.LS-DYNALS-DYNA是一款用于仿真和分析动力学和非线性问题的有限元软件。
它广泛应用于汽车碰撞、弹性体碰撞和爆炸等复杂动态仿真问题。
以上介绍的CAE软件只是其中的一部分，随着技术的不断发展，新的CAE软件不断涌现。
每种软件都有其特定的优势和适用领域，工程师可以根据具体问题的需求选择合适的软件进行分析和优化。
CAE与有限元分析
CAE的成功案例
波音777的研发过程中采用CAE数字化样机技术，节省 了大量物理样机试飞次数，仅一次试飞即获得成功，每次 物理样机实验需花费1亿美元
CAE技术在汽车工业中的应用，使新车开 发周期由原来的5~6年缩减到现在的1~2年
在机械工程中的应用
在土木工程中的应用
在航空工程中的应用
在电子工程中的应用
强大的非线性功能、能做直接流固耦合
强大的非线性复杂动态问题求解器，专门汽车分析模 块，
CAE实现基本过程
1、将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有 限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为 由有限个单元组合的等效组合体；
2、通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量 (应力、位移、压力和温度等)问题简化为求解有 限的单元节点上的场变量值。
• 基于多体系统动力学的虚拟样机技术：针对复杂机械系统的整机性能优化技术。 所建立的复杂机械系统包括机-液-控的耦合。商业分析软件包括 ADAMS,SIMPACK,DADS…
CAE应用现状
现有先进产品开发技术包括: CAD /CAE /CAM /
PLM( Product Lifecyele Management ) CAD已普及（要求每个工程师必须掌握） CAM /PLM 仍处于研发阶段 CAE在发达国家及一些大公司中利用CAE技术优化产品设计 以降低成本，缩短研发周期已达80%~95% CAE 的应用已含盖机械工程的各个方面（包括运动分析，动 力学分析，强度及稳定性分析，液压传动分析，振动和噪声的 控制等） CAE方面的专业人才短缺（包括发达国家）
CAE的相关软件
软件名称
Hyperworks
软件描述
主要做前处理（分单元加载荷加约束）和后处理（看 输出结果和仿真）
FEACAE软件简介
FEA/CAE软件简介来源：转载点击数：433次更新时间：2009-8-25 7:43:59FEA/CAE软件简介目前，有限元分析(FEA)和计算机辅助工程(CAE)软件主要有以下几大类:1．结构分析用常用前后处理器HyperMesh：网格划分（前后处理）专用软件中，当属老大。
/FEMAP：一个几个人的公司，其产品被各大软件（包括MSC/NASTRAN）捆绑销售，有过骄人业绩。
后归SDRC->EDS。
/products/plm/femap/MSC/PATRAN：MSC的网格划分软件，前后处理器。
/products/patran2001/patran2001.htm2．机构分析软件ADAMS：/3．设计工程师用CAE分析软件DesignSpace：ANSYS的简易分析软件。
/designspace.htmVisualNastran：MSC/NASTRAN的简易分析软件。
/offers/Cosmos/DesignStar：COSMOS/NASTRAN的简易分析软件。
/dstar.htm这类软件只要求使用者会在几何图形上加边界条件和载荷条件即可，自动网格划分后计算求解。
4．隐式线性和非线性结构分析软件ABAQUS/Standard：隐式非线性结构分析软件中的老大。
/MSC/MARC: 前MARC经营不善，被MSC并购，不错的非线性结构分析软件其前后处理器Mentat可能被Patran取代。
/products/Marc/marc.htmANSYS：专业面广，在藕合分析中有过人之处。
/ADINA：MIT教授K.J.Bathe的作品。
不错的非线性结构分析软件。
/MSC/NASTRAN: 线性结构分析软件中的老大，不足之处在于与CAD的LINK较弱。
可喜的是，将与I-D EAS一样，在CATIA中作求解器。
/I-DEAS：因FORD公司与SDRC公司的合作关系，该软件提供了汽车零部件开发中常用的CAE分析功能。
CAE与有限元分析解析
2、扫描法 规则形体由某种基平面在空间扫描运动而构成的三维实体，或者是由 基准曲线扫描而 利用与成的空间曲面。首先在基平面上生成平面网 格，或在基准曲线上生成结点。然后将基平面或基准曲线变换到若干 个特定位置上，即网格分格面或分格线处，从而得到一批新的结点， 并连接结点形成单元。扫描运动轨迹可以是多种曲线，从而形成多种 扫描体或曲面。基平面还可以在扫描运动的同时转动、缩放，使扫描 种类更加丰富。扫描法对于某些类型的物体（如轴对称体）特别方便 ，但适用范围有限。
直接对原始实体划分网格的方法
1、自由网格法 主要是各种三角化方法和几何分解法。三角化方法能够有效地生成平面 三角形单元或三维实体的四面体单元。但是这两种单元的计算精度低， 因而不能完全满足有限元分析的要求。近年来已提出一些自动生成平面 四边形单元网格的算法，基本是采用基于某些规则的几何分解方法。但 是这些方法还未推广到三维实体。 2、四分法和八分法 两种方法分别用于二维平面和三维实体，其基本做法是一致的：首先确 定一个包含给定物体的最小正方形或最小正方体然 后将四等分或八等 分为子正方形或子正方体或依次判断与的包含关系。处在外的被抛弃； 处在内的最后形成单元。与相交的在继续分割成下一层次的子正方形或 子正方体后，仍将与作包含关系判断。上述四等分或八等分逐次进行到 长达到规定的单元边长为止。边界上的要进行修正，以符合边界形状。 四分法已较为成熟，但八分法中的三维体素关系判断和边界修正（特别 是保证边界单元质量）是比较困难的。
有限元分析基本步骤
数据输入阶段，输入以下数据
1、控制数据：如结点总数、单元总数、约束条件 总数等 2、结点数据：如结点编号、结点坐标、约束条件 等 3、单元数据：如单元编号、单元结点序号、单元 的材料特性、几何特性等 4、载荷数据：包括集中载荷、分布载荷等
cae软件
CAE软件有限元分析（CAE）软件是一种广泛应用于工程领域的模拟工具，用于模拟和分析复杂结构的受力情况。
CAE软件通过数学方法和计算机技术，帮助工程师在设计阶段评估产品的性能，并进行必要的修改，以确保产品符合设计要求。
简介CAE软件主要包括结构分析、流体分析、热分析等模块，涵盖了多个工程领域的模拟需求。
通过输入结构的几何模型和材料属性等信息，CAE软件可以模拟各种负载条件下的结构响应，提供应力、位移、应变等信息，帮助工程师了解结构的性能。
功能•结构分析：对结构在外部负载下的应力、变形等性能进行模拟和分析。
•流体分析：模拟流体在管道、容器等结构中的流动及压力分布等情况。
•热分析：研究结构在热量作用下的温度分布、热应力等。
•优化设计：通过CAE软件进行参数化设计和优化，提高产品性能。
•耦合分析：结合结构、流体、热等多物理场的相互作用进行分析。
应用领域CAE软件在航空航天、汽车制造、机械设计、建筑工程等领域有着广泛的应用。
在航空航天领域，工程师可以利用CAE软件分析飞机结构在飞行过程中的应力情况，验证设计的可靠性；在汽车制造领域，可以通过CAE软件模拟车辆在碰撞测试中的受力情况，评估车身的安全性。
发展趋势随着计算机技术的不断进步，CAE软件在模拟计算速度、准确性等方面有了显著提高。
未来，CAE软件将更加注重多物理场耦合、大规模并行计算等方面的应用，实现更加真实、高效的工程模拟。
同时，CAE软件也将与人工智能、云计算等技术结合，提供更加智能、便捷的工程分析解决方案。
综上所述，CAE软件作为一种重要的工程模拟工具，为工程师们提供了便捷、高效的产品设计和性能评估方法，对工程领域的发展起到了重要作用。
随着技术的不断进步，相信CAE软件将在未来发展中扮演越来越重要的角色。
CAE各软件介绍全解读
CAE各软件介绍全解读1.ANSYS：ANSYS是一款功能强大的工程分析软件，可用于结构、流体、电磁和多物理场等领域的仿真与分析。
它提供了广泛的数值方法和物理模型，能够实现从材料特性分析到整个产品性能优化的全过程。
它的模拟范围非常广泛，包括有限元分析、热传导分析、流体计算、电磁场分析等。
2. SolidWorks Simulation：SolidWorks Simulation是SolidWorks CAD软件的附带模拟分析工具，它能够进行结构分析、动力学分析、热传导分析等，帮助工程师在设计阶段就进行仿真和优化。
它具有友好的用户界面和直观的操作方式，适用于中小型企业和个人工程师进行产品仿真和设计验证。
3. CATIA：CATIA是达索系统公司开发的一款CAD/CAE/CAM软件平台，主要应用于航空航天、汽车等产业的产品设计与开发过程。
它包括模型设计、装配设计、工程分析等多个模块，提供了完整的产品生命周期管理解决方案。
CATIA的核心模块包括Part Design、Assembly Design、Surface Design、Generative Shape Design等。
4. Pro/ENGINEER：Pro/ENGINEER是PTC公司开发的一款三维CAD/CAM/CAE软件，通过集成专业的建模、装配、制图和仿真工具，帮助工程师实现从概念设计到细节设计的全过程。
它支持多种分析技术，如有限元分析、动力学仿真、优化设计等。
此外，Pro/ENGINEER还具备多用户协作和全球远程设计管理的能力。
5. MSC Nastran：MSC Nastran是一款广泛应用于航空航天、船舶、汽车等领域的有限元分析软件。
它提供了丰富的数值方法和高级的模拟功能，可以进行结构、流体、声学和热传导等多物理场仿真。
MSC Nastran还支持多学科优化，能够帮助工程师实现设计的最佳性能。
6.ABAQUS：ABAQUS是达索系统公司开发的一款广泛应用于工程计算的有限元分析软件。
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有限元建模
Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1
• 主体结构由钢筋混凝土看 台与带有可开合屋盖的大 跨度钢屋盖两部分构成。 屋盖的主结构由48根桁架 与中间环梁构成，支承在 周边24根组合柱之上。主 桁架围绕屋盖中部的环梁 放射形布置，与屋面及立 面的次结构一起形成了“ 鸟巢”的特殊建筑造型， 主场看台部分采用钢筋混 凝土框架－剪力墙结构体 系，与大跨度钢结构完全 脱开。
•
有限元方法解决问题时首先将复杂的形体划分成网格，每个网格就是一个单 元，网格分的越细，计算越精确
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Training Manual
INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1
创建CAD模型
目标优化/拓扑优化
有限元模型
力学模型
求 解
不 满 足
检验设计
满 足 设 计 要 求
结果后处理
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什么是有限元分析?
• 有限元能够干什么？
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INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1
Stress/Deformation of Rotor Hub & Nacelle Base
Unsteady contours of air velocity and path lines 西安交通大学 机械工程及自动化研究所
应用举例：土木建筑
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INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1
应用举例
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INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1
应用举例
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有限空间 无限精彩
李兵
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bli@
引言
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INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1
一张照片引发的。。。
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引言
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应用举例：航空航天
机翼结构分析
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有限元建模
• 局部分析 • 为了减轻钢结构自重,对受力较小的次结构构件考虑施加 劲肋
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加肋薄壁箱形构件的轴向力－轴向变形曲线
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应用举例：电子电器
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应用举例
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INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1
INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1
• 位于北京奥林匹克公园中 心区内，是2008年第29 届奥运会的主体育场，承 担奥运会开、闭幕式与田 径比赛。
• 纵横交错的钢铁枝蔓总重 4.2万吨，其中，顶盖及 周边悬空部位重量为1.4 吨。在施工时，采用了78 根支柱进行支撑，也就产 生78个受力区域，在钢结 构焊接完成后，需要将其 缓慢而平稳地卸去。
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0.7410
0.74119 0.74815 0.74948 0.77800 0.88401 0.88668 0.94100 0.94378 0.97805 0.98842 1.06030 1.06160 1.18530 1.28690
1.34953
1.34918 1.33663 1.33426 1.28535 1.13121 1.1278 1.0627 1.05957 1.02244 1.01172 0.94313 0.94197 0.84367 0.77706
0.72015 0.71979 0.66063 0.66002 0.64788 0.64338 0.62406 0.62395 0.61943 0.56344 0.56243 0.55340 0.55081 0.55060
• 动力分析 • 地震分析采用振型分解 反应谱法，地震作用效应采用 CQC法。整体模型取振型120 个
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•本例的理论解为：
d = PL3/3EI = (-100)*(103)/(3)*(30e6)*(1/12) = -0.013
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引言
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箱形薄壁构件塑性区
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有限元建模
• 复杂节点计算
Ansys整体计算得 到构件内力 ( 梁单 元模型) 建立节点实体模 型并加载 求解并观察后 处理，看结果 是否满意
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Rotor dynamics of Shaft
Stable Analysis of Tower
Fatigue/Life of Welded Part
Rigid Dynamics of Old Ham Coupling
Magnetic Lines of 2D Motor
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有限元建模
• 静力分析
序号 频率(HZ) 表1 结构的周期与频率 周期(s) 序号
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频率(HZ)
周期(s)
•
恒荷载、活荷载，雪荷载 、风荷载、温度作用。其中恒 荷载含结构自重、吊顶、水槽 设备等
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应用举例：机械能源
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Frictional contact
Assembling 西安交通大学 机械工程及自动化研究所
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引言
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INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1
引言
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INTRODUCTION TO ANSYS 8.0 - Part 1
有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起 来的一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体 力学领域 -- 飞机结构静、动态特性分析中应用的一 种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求 解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。
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引言
• • • 为了了解将要学习的内容，我将做一个简单的例子。 通过GUI方式来做这个例子，不讨论任何有关建模的细节。 本例是一个在端点施加集中荷载的悬臂梁。
有限元建模
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什么是有限元分析?
• 但是对于复杂形体是不可能得到解析解
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• 有限元分析是一种模拟在确定的荷载条件下的设计响 应的方法 解西安交通大学 机械工程及自动化研究所
离散化
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有限元建模
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应用举例
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