建立有限元模型输入模型优秀课件
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有限元入门ppt课件
有限体积法 (Finite Volume Method)
其基本思路是：将计算区域划分为一系列不重复的控制体积，并使每个网格点周围有一个控制体积；将待解的微分方程对每一个控制体积积分，便得出一组离散方程。其中的未知数是网格点上的因变量的数值。为了求出控制体积的积分，必须假定值在网格点之间的变化规律，即假设值的分段的分布的分布剖面。
1-2 应力的概念
作用于弹性体的外力(或称荷载)可能有两种： 表面力，是分布于物体表面的力，如静水压力，一物体与另一物体之间的接触压力等。单位面积上的表面力通常分解为平行于座标轴的三个成分，用记号 来表示。 体力，是分布于物体体积内的外力，如重力、磁力、惯性力等。单位体积内的体力亦可分解为三个成分，用记号X、Y、Z表示。 弹性体受外力以后，其内部将产生应力。
边界元法 （Boundary Element Method）
边界元法是一种继有限元法之后发展起来的一种新的数值方法，与有限元法不同，边界元法仅在定义域的边界划分单元，用满足控制方程的函数去逼近边界条件。所以边界元与有限元相比具有单元和未知数少、数据准备简单等优点，但边界元法解非线性问题时，遇到同非线性项相对应的区域积分，这种积分奇异点处的强烈的奇异性，使求解遇到困难。边界元法在塑性问题中应用还比较少。
弹性力学 — 区别与联系 — 材料力学 弹性力学与材料力学既有联系又有区别。它们都同属于固体力学领域，但弹性力学研究的对象更普遍，分析的方法更严密，研究的结果更精确，因而应用的范围更广泛。 弹性力学 固有弱点： 由于研究对象的变形状态较复杂，处理的方法又较严谨，因而解算问题时，往往需要冗长的数学运算。但为了简化计算，便于数学处理，它仍然保留了材料力学中关于材料性质的假定：
塑性有限元常用软件
有限元讲稿 ppt课件
ANSYS
通用程序 应用举例
2020/12/27
1
ANSYS通用程序应用举例
❖1.ANSYS软件的功能 ❖2.ANSYS的输入方式 ❖3.应用举例(重点)
2020/12/27
2
1.ANSYS软件的功能
❖ 一个典型的ANSYS分析过程包括以下三个步 骤： 创建有限元模型
施加载荷求解
查看分析结果
2020/12/27
2020/12/27
图1 矩形示意图
7
(ii)建立实体板
在主菜单中选择Preprocessor| Modeling|Create|Areas|Circle| Solid Circle，弹出如图2对话框。
在对话框中输入参数： x=80,y=50,radius=50; 单击Apply; x=0 ,y=20,radius=20; 单击Apply; x=0,y=80,radius=20; 单击Apply; 在绘图区将显示如图3左侧图形！
5?
单击
图4 Add Areas对话框
2020/12/27
图5 布尔加法运算后结果
10
（iv）生成孔洞圆实体
在主菜单中选择 Preprocessor|Modeling| Create|Areas|Circle|SolidCircle, 在弹出的对话框中依次输入： x=80,y=50,Radius=30,单击 Apply； x=0,y=20,Radius=10,单击 Apply； x=0,y=80,Radius=10,单击 Apply； 得到图6所示图形。
（i）确定分析类型
在主菜单中选取Solution| Analysis Type|New Analysis,在 菜单中确定分析类型为Static,单 击OK。
通用程序 应用举例
2020/12/27
1
ANSYS通用程序应用举例
❖1.ANSYS软件的功能 ❖2.ANSYS的输入方式 ❖3.应用举例(重点)
2020/12/27
2
1.ANSYS软件的功能
❖ 一个典型的ANSYS分析过程包括以下三个步 骤： 创建有限元模型
施加载荷求解
查看分析结果
2020/12/27
2020/12/27
图1 矩形示意图
7
(ii)建立实体板
在主菜单中选择Preprocessor| Modeling|Create|Areas|Circle| Solid Circle，弹出如图2对话框。
在对话框中输入参数： x=80,y=50,radius=50; 单击Apply; x=0 ,y=20,radius=20; 单击Apply; x=0,y=80,radius=20; 单击Apply; 在绘图区将显示如图3左侧图形！
5?
单击
图4 Add Areas对话框
2020/12/27
图5 布尔加法运算后结果
10
（iv）生成孔洞圆实体
在主菜单中选择 Preprocessor|Modeling| Create|Areas|Circle|SolidCircle, 在弹出的对话框中依次输入： x=80,y=50,Radius=30,单击 Apply； x=0,y=20,Radius=10,单击 Apply； x=0,y=80,Radius=10,单击 Apply； 得到图6所示图形。
（i）确定分析类型
在主菜单中选取Solution| Analysis Type|New Analysis,在 菜单中确定分析类型为Static,单 击OK。
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。
Menu Paths:Utility Menu>plot>nodes
Menu Paths:Utility Menu>plot>Numbering…（选中NODE选项）
NLIST,NODE1,NODE2,NINC,Lcoord,SORT1,SORT2,SORT3
节点列式，该命令将现有卡式坐标系统下节点的资料列示于窗口中（会打开一个新的窗口），使用者可检查建立的坐标点是否正确，并可将资料保存为一个文件。如欲在其它坐标系统下显示节点资料，可以先行改变显示系统，例如圆柱坐标系统，执行命令DSYS,1。
N,NODE,X,Y,Z,THXY,THYZ,THZX
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。
Menu Paths:Utility Menu>plot>nodes
Menu Paths:Utility Menu>plot>Numbering…（选中NODE选项）
NLIST,NODE1,NODE2,NINC,Lcoord,SORT1,SORT2,SORT3
节点列式，该命令将现有卡式坐标系统下节点的资料列示于窗口中（会打开一个新的窗口），使用者可检查建立的坐标点是否正确，并可将资料保存为一个文件。如欲在其它坐标系统下显示节点资料，可以先行改变显示系统，例如圆柱坐标系统，执行命令DSYS,1。
N,NODE,X,Y,Z,THXY,THYZ,THZX
有限元法基础ppt课件
有限单元法
一、数值模拟方法概述 二、有限单元法简介 三、有限单元法分析步骤 四、利用有限元软件进行工程分析
一、数值模拟方法概述
工程技术领域中的许多力学问题和场问题，如固 体力学中的位移场、应力场分析、电磁学中的电磁 分析、振动特性分析、热力学中的温度场分析，流 体力学中的流场分析等，都可以归结为在给定边界 条件下求解其控制方程的问题。
结构矩阵分析方法认为：整体结构可以看作是由有限 个力学小单元相互连接而组成的集合体，每个单元的 力学特征可以看作建筑物的砖瓦，装配在一起就能提 供整体结构的力学特性。
结构矩阵分析方法分析的结构本身都明显地由杆件组 成，杆件的特征可通过经典的位移法分析建立。
虽然矩阵位移法整个分析方法和步骤都与有限单元法 相似，也是用矩阵来表达、用计算机来求解，但是它 与目前广泛应用的有限单元法是有本质区别的。
❖ 国际上早在20世纪50年代末、60年代初就投入大量的人力和 物力开发具有强大功能的有限元分析程序。其中最为著名的是 由美国国家宇航局（NASA）在1965年委托美国计算科学公司 和贝尔航空系统公司开发的NASTRAN有限元分析系统。该系 统发展至今已有几十个版本，是目前世界上规模最大、功能最 强的有限元分析系统。
有限元法
既可以分析杆系结构，又分析非杆系的连续 体结构。
三、有限单元法简介
有限单元法的常用术语：
有限元模型 是真实系统理想化的数学抽象。
定义
真实系统
有限元模型
自由度（DOFs－ degree of freedoms）
自由度(DOFs) 用于描述一个物理场的响应特性。
UY ROTY
ROTZ UZ
UX ROTX
目前在工程技术领域内常用的数值模拟方法有： 1、有限单元法FEM（ Finite Element Method） 2、边界元法BEM（Boundary Element Method ） 3、有限差分法FDM（ Finite Difference Method 4、离散单元法DEM（Discrete Element Method） 其中有限单元法是最具实用性和应用最广泛的。
《有限元基础》课件
广泛适用性
有限元方法可以应用于各种物理问题和工程领域 ，如结构力学、流体力学、热传导、电磁场等。
高效性
有限元方法采用分块逼近的方式，将整体问题分 解为多个子问题，从而大大降低了问题的规模和 复杂度，提高了计算效率。
精度可控制
通过选择足够小的离散元尺寸和足够多的元数目 ，可以控制求解的精度，使得结果更加精确可靠 。
有限元方法对初值和边界条件 的选取比较敏感，不同的初值 和边界条件可能导致截然不同 的结果。
高阶偏微分方程的离散化 困难
对于一些高阶偏微分方程，有 限元方法的离散化过程可能会 变得相当复杂和困难。
有限元方法的发展趋势
并行化和高性能计算
随着计算机技术的发展，有限元方法的计算效率和精度得到了极大的提高。未来，随着并行化和高性能计算技术的进 一步发展，有限元方法的计算效率将会得到进一步提升。
02
有限元的数学基础
线性代数基础知识
向量与矩阵
介绍向量的基本概念、向量的运算、矩阵的表示和基 本运算。
线性方程组
阐述线性方程组的基本概念、解法以及在有限元分析 中的应用。
特征值与特征向量
介绍特征值和特征向量的概念、计算方法以及在有限 元分析中的应用。
变分法基础知识
变分法的基本概念
阐述变分法的基本思想、定义和定理，以及在 有限元分析中的作用。
弱收敛与弱*收敛
03
介绍弱收敛和弱*收敛的概念、性质以及在有限元分析中的应用
。
03
有限元方法的基本步骤
问题的离散化
总结词
将连续的问题离散化，将连续体划分为有限个小的单元，每个单元称为有限元 。
详细描述
在有限元方法中，首先需要对实际问题进行离散化，即将连续的问题划分为有 限个小的单元，每个单元称为有限元。离散化的目的是将连续的物理量近似为 离散的数值，以便进行数值计算。
有限元方法可以应用于各种物理问题和工程领域 ，如结构力学、流体力学、热传导、电磁场等。
高效性
有限元方法采用分块逼近的方式，将整体问题分 解为多个子问题，从而大大降低了问题的规模和 复杂度，提高了计算效率。
精度可控制
通过选择足够小的离散元尺寸和足够多的元数目 ，可以控制求解的精度，使得结果更加精确可靠 。
有限元方法对初值和边界条件 的选取比较敏感，不同的初值 和边界条件可能导致截然不同 的结果。
高阶偏微分方程的离散化 困难
对于一些高阶偏微分方程，有 限元方法的离散化过程可能会 变得相当复杂和困难。
有限元方法的发展趋势
并行化和高性能计算
随着计算机技术的发展，有限元方法的计算效率和精度得到了极大的提高。未来，随着并行化和高性能计算技术的进 一步发展，有限元方法的计算效率将会得到进一步提升。
02
有限元的数学基础
线性代数基础知识
向量与矩阵
介绍向量的基本概念、向量的运算、矩阵的表示和基 本运算。
线性方程组
阐述线性方程组的基本概念、解法以及在有限元分析 中的应用。
特征值与特征向量
介绍特征值和特征向量的概念、计算方法以及在有限 元分析中的应用。
变分法基础知识
变分法的基本概念
阐述变分法的基本思想、定义和定理，以及在 有限元分析中的作用。
弱收敛与弱*收敛
03
介绍弱收敛和弱*收敛的概念、性质以及在有限元分析中的应用
。
03
有限元方法的基本步骤
问题的离散化
总结词
将连续的问题离散化，将连续体划分为有限个小的单元，每个单元称为有限元 。
详细描述
在有限元方法中，首先需要对实际问题进行离散化，即将连续的问题划分为有 限个小的单元，每个单元称为有限元。离散化的目的是将连续的物理量近似为 离散的数值，以便进行数值计算。
有限元模型建立.ppt
– 选择要分配属性的元素. – 在随后的对话框中设置正确的属性值.
或选择某些元素类型后，利用命令
3. 当划分网格后这些属性会自动转换到 单元上.
BBUIPATA
FINITE ELEMENT METHOD
利用整体属性设置
1. 定义所有必须 的 类型，材料，实常数 和截面号
2. 利用网格划分工具中的单元属性 部分 – 选择 Global ，并单击SET按钮.
BBUIPATA
FINITE ELEMENT METHOD
自由度值二次分布
线性近似，较差 结果
实际为二次曲线
用多个单元的线性近似 (好结果)
二阶近似 (最好的结果)
BBUIPATA
FINITE ELEMENT METHOD
• 当选择单元类型，隐含地表示选择并接受假定 的该单元类型的形函数.因此，在选择单元类型 以前检验形函数信息.
– 除了线性及二次单元，第三种单元为P单元。P 单元支持单个单元内二到八阶变化的位移，包 括自动求解收敛控制。
BBUIPATA
FINITE ELEMENT METHOD
网格密度 FEA分析的基本前提是当网格加密，单元数
目逐渐增加时，求解结果会无限接近于真实 解. 然而，当单元数目增加时，求解时间及计算 机资源的要求也相应地大量增加. 分析的目标通常是决定了滑动块向哪个方向 移动，如下：速度与精度的权衡.
• 不同的单元类型要求的不同的 截面.
BBUIPATA
FINITE ELEMENT METHOD
C. 多种单元属性
• 大多数FEA模型多种属性，例如, 下面所示的silo结构 有两种单元类型，三种实常数集和两种材料.
TYPE 1 = shell TYPE 2 = beam
或选择某些元素类型后，利用命令
3. 当划分网格后这些属性会自动转换到 单元上.
BBUIPATA
FINITE ELEMENT METHOD
利用整体属性设置
1. 定义所有必须 的 类型，材料，实常数 和截面号
2. 利用网格划分工具中的单元属性 部分 – 选择 Global ，并单击SET按钮.
BBUIPATA
FINITE ELEMENT METHOD
自由度值二次分布
线性近似，较差 结果
实际为二次曲线
用多个单元的线性近似 (好结果)
二阶近似 (最好的结果)
BBUIPATA
FINITE ELEMENT METHOD
• 当选择单元类型，隐含地表示选择并接受假定 的该单元类型的形函数.因此，在选择单元类型 以前检验形函数信息.
– 除了线性及二次单元，第三种单元为P单元。P 单元支持单个单元内二到八阶变化的位移，包 括自动求解收敛控制。
BBUIPATA
FINITE ELEMENT METHOD
网格密度 FEA分析的基本前提是当网格加密，单元数
目逐渐增加时，求解结果会无限接近于真实 解. 然而，当单元数目增加时，求解时间及计算 机资源的要求也相应地大量增加. 分析的目标通常是决定了滑动块向哪个方向 移动，如下：速度与精度的权衡.
• 不同的单元类型要求的不同的 截面.
BBUIPATA
FINITE ELEMENT METHOD
C. 多种单元属性
• 大多数FEA模型多种属性，例如, 下面所示的silo结构 有两种单元类型，三种实常数集和两种材料.
TYPE 1 = shell TYPE 2 = beam
第1章有限元基本理论ppt课件
x dx
li
E i
i
E (ui1ui )
x
x
li
1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续)
❖ 外载荷与结点的平衡方程
EA(uiui1 ) li1
EA(ui1ui ) li
q(li1 li ) 2
q(li1li ) 为第i个结点上承受的外载荷
2
1.8 直杆受自重作用的拉伸问题(续)
❖ 假定将直杆分割成3个单元，每个单元长为a=L/3， 则对结点2，3，4列出的平衡方程为：
单元: 一组节点自由度间相互作用的 数值、矩阵描述（称为刚度或系数 矩阵)。单元有线、面或实体以及二 维或三维的单元等种类。
载荷
有限元模型由一些简单形状的单元组成，单 元之间通过节点连接，并承受一定载荷。
1.6 节点和单元 (续)
信息是通过单元之间的公共节点传递的。
. . 2 nodes ...
. . . 1 node
1.1 有限元分析 (FEA)
有限元分析 是利用数学近似的方法对真实物理
系统（几何和载荷工况）进行模拟。它利用简 单而又相互作用的元素，即单元，用有限数量 的未知量去逼近无限未知量的真实系统。
1.2 有限单元法的基本思想
❖ 将连续的结构离散成有限个单元，并在每一单元中 设定有限个节点，将连续体看作只在节点处相连接 的一组单元的集合体。
I
J
O
N
三维实体结构单元
K UX, UY, UZ
P
M L
J
I
J
K J
O N
K J
三维梁单元 UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ
三维四边形壳单元 UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ
有限元法PPT课件
重工业
Motorola– Drop Test Fujitsu-Computers Intel –Chip Integrity
电子
Baxter - Equipment J&J – Stents Medtronic - Pacemakers
医疗
Principia-spain Arup-U.K. T.Y. Lin - Bridge
有限元法
左图所示,为分析齿轮上一个齿内的应力分布,可分析图中所示的一个平面截面内位移分布.作为近似解,可以先求出图中各三角形顶点的位移.这里的 三角形就是单元,其顶点就是节点。
从物理角度理解, 可把一个连续的齿形截面单元之间在节点处以铰链相链接,由单元组合而成的结构近似代替原连续结构,在一定的约束条件下,在给定的载荷作用下,就可以求出各节点的位移,进而求出应力.
一.Abaqus公司简介
公司
’00 ’01 ’02 ’03 ’04 ‘05 ’06 ‘07
18%
18%
20%
SIMULIA公司（原ABAQUS公司）成立于1978年，全球超过600名员工，100% 专注于有限元分析领域。 全球28个办事处和9个代表处 业务迅速稳定增长，是当前有限元软件行业中唯一保持两位数增长率的公司。 2005年5月ABAQUS加入DS集团,将共同成为全球PLM的领导者
Where :
Displacement interpolation functions (位移插值函数)
13.3 Approximating Functions for Two-Dimensional Linear Triangular Elements (二维线性三角形单元的近似函数)
node (节点)
element(单元)
Motorola– Drop Test Fujitsu-Computers Intel –Chip Integrity
电子
Baxter - Equipment J&J – Stents Medtronic - Pacemakers
医疗
Principia-spain Arup-U.K. T.Y. Lin - Bridge
有限元法
左图所示,为分析齿轮上一个齿内的应力分布,可分析图中所示的一个平面截面内位移分布.作为近似解,可以先求出图中各三角形顶点的位移.这里的 三角形就是单元,其顶点就是节点。
从物理角度理解, 可把一个连续的齿形截面单元之间在节点处以铰链相链接,由单元组合而成的结构近似代替原连续结构,在一定的约束条件下,在给定的载荷作用下,就可以求出各节点的位移,进而求出应力.
一.Abaqus公司简介
公司
’00 ’01 ’02 ’03 ’04 ‘05 ’06 ‘07
18%
18%
20%
SIMULIA公司（原ABAQUS公司）成立于1978年，全球超过600名员工，100% 专注于有限元分析领域。 全球28个办事处和9个代表处 业务迅速稳定增长，是当前有限元软件行业中唯一保持两位数增长率的公司。 2005年5月ABAQUS加入DS集团,将共同成为全球PLM的领导者
Where :
Displacement interpolation functions (位移插值函数)
13.3 Approximating Functions for Two-Dimensional Linear Triangular Elements (二维线性三角形单元的近似函数)
node (节点)
element(单元)
有限元基础知识介绍PPT课件
18
二、有限元模型的一般知识
1、离散化结构描述 坐标系（笛卡尔、柱坐标、球坐标） 节点（X、Y、Z） 单元（弹性单元、线单元、面单元、体 单元、约束元、质量单元） 载荷—集中力、力矩、梁上的分布载荷、 板和体面上的压力载荷、重量载荷、加 速度载荷、强迫位移
19
边界条件—固支、铰支、弹性、自由
无约束
L
F2EA(U2U1) L
12
既
F F1 2 E LA1 , 1,1 1 U U1 2
FKU
[K]单元刚度阵，{F}载荷，{U}位移向量
每一种类型单元都有自己的单元刚度 矩阵，对于复杂的单元是基于能量原理 来确定的。
13
3）总刚度矩阵 结构有限元是用有限个基本单元来
逼近结构模型，把有限个基本单元的单 元刚度矩阵组装到一起，形成总刚度矩 阵。
GRID 5 0 0. 2. 0.
GRID 6 0 2. 2. 0.
GRID 7 0 4. 2. 0.
GRID 8 0 6. 2. 0.
GRID 9 0 0. 4. 0.
27
GRID 10 0 2. 4. 0. GRID 11 0 4. 4. 0. GRID 12 0 6. 4. 0. GRID 13 0 0. 6. 0. GRID 14 0 2. 6. 0. GRID 15 0 4. 6. 0. GRID 16 0 6. 6. 0.
材料性质—各向同性、各向异性、复合 材料、流体材料、温度相关材料
20
2、单元 弹簧元（拉伸或扭转）CELAS1、CELAS2、 CELAS3、CELAS4
线单元 杆元 CROD CONROD 直梁元 CBAR CBEAM 曲梁元 CBEND
21
面单元 三或六节点的三角形板元 CTRIA3、CTRIA6
二、有限元模型的一般知识
1、离散化结构描述 坐标系（笛卡尔、柱坐标、球坐标） 节点（X、Y、Z） 单元（弹性单元、线单元、面单元、体 单元、约束元、质量单元） 载荷—集中力、力矩、梁上的分布载荷、 板和体面上的压力载荷、重量载荷、加 速度载荷、强迫位移
19
边界条件—固支、铰支、弹性、自由
无约束
L
F2EA(U2U1) L
12
既
F F1 2 E LA1 , 1,1 1 U U1 2
FKU
[K]单元刚度阵，{F}载荷，{U}位移向量
每一种类型单元都有自己的单元刚度 矩阵，对于复杂的单元是基于能量原理 来确定的。
13
3）总刚度矩阵 结构有限元是用有限个基本单元来
逼近结构模型，把有限个基本单元的单 元刚度矩阵组装到一起，形成总刚度矩 阵。
GRID 5 0 0. 2. 0.
GRID 6 0 2. 2. 0.
GRID 7 0 4. 2. 0.
GRID 8 0 6. 2. 0.
GRID 9 0 0. 4. 0.
27
GRID 10 0 2. 4. 0. GRID 11 0 4. 4. 0. GRID 12 0 6. 4. 0. GRID 13 0 0. 6. 0. GRID 14 0 2. 6. 0. GRID 15 0 4. 6. 0. GRID 16 0 6. 6. 0.
材料性质—各向同性、各向异性、复合 材料、流体材料、温度相关材料
20
2、单元 弹簧元（拉伸或扭转）CELAS1、CELAS2、 CELAS3、CELAS4
线单元 杆元 CROD CONROD 直梁元 CBAR CBEAM 曲梁元 CBEND
21
面单元 三或六节点的三角形板元 CTRIA3、CTRIA6
有限元基本原理与概念培训课件
有限元基本原理与概念培 训课件
在这个培训课件中，我们将介绍有限元分析的基本概念和原理，以及有限元 模型的构建步骤。我们还会讨论有限元分析的数学算法，结果解释与验证， 应用领域以及发展趋势。
有限元分析基础
有限元分析的基本概念
了解有限元分析的定义、原理和应用，以及有限 元模型的构建过程。
有限元分析的基本原理
有限元分析的发展趋势
随着计算机技术的进步，有限元分析将更加广泛地应用于不同领域，如多物 理场耦合、优化设计和可靠性分析。
掌握有限元分析所涉及的数学模型和方法，理解 其数学算法与计算过程。
有限元模型构建
构造网格
利用有限元网格生成算法将几何模型离散为 有限元网格。
指定材料性能
为材料指定材料属性和材料性能，如弹性模 量和塑性行为。
定义边界条件
确定边界条件和加载条件，为有限元模型施 加适当的边界条件。
定义加载条件
定义模型的加载条件，如力、热、压力等。
有限元分析过程
1
装配刚度矩阵
根据有限元模型的几何和材料属性计算刚度矩阵。
2
求解线性方程组
通过求解线性方程组，求解有限元模型的位移或温度场。
3计算应力和应变源自利用位移或温度场计算应力、应变以及其他感兴趣的输出结果。
结果解释与验证
可视化结果
通过可视化技术将有限元分析结果转化为图形或 动画，更直观地解释分析结果。
模型验证
通过与实验数据对比，验证有限元模型的准确性 和可靠性。
有限元分析的应用
结构力学
用于研究结构的强度、刚度和动力响应，优 化结构设计。
热传导
用于研究物体的热传导性能和温度分布，优 化热管理系统。
流体力学
用于研究流体的流动特性，如气体和液体的 流动、热传递和质量传递。
在这个培训课件中，我们将介绍有限元分析的基本概念和原理，以及有限元 模型的构建步骤。我们还会讨论有限元分析的数学算法，结果解释与验证， 应用领域以及发展趋势。
有限元分析基础
有限元分析的基本概念
了解有限元分析的定义、原理和应用，以及有限 元模型的构建过程。
有限元分析的基本原理
有限元分析的发展趋势
随着计算机技术的进步，有限元分析将更加广泛地应用于不同领域，如多物 理场耦合、优化设计和可靠性分析。
掌握有限元分析所涉及的数学模型和方法，理解 其数学算法与计算过程。
有限元模型构建
构造网格
利用有限元网格生成算法将几何模型离散为 有限元网格。
指定材料性能
为材料指定材料属性和材料性能，如弹性模 量和塑性行为。
定义边界条件
确定边界条件和加载条件，为有限元模型施 加适当的边界条件。
定义加载条件
定义模型的加载条件，如力、热、压力等。
有限元分析过程
1
装配刚度矩阵
根据有限元模型的几何和材料属性计算刚度矩阵。
2
求解线性方程组
通过求解线性方程组，求解有限元模型的位移或温度场。
3计算应力和应变源自利用位移或温度场计算应力、应变以及其他感兴趣的输出结果。
结果解释与验证
可视化结果
通过可视化技术将有限元分析结果转化为图形或 动画，更直观地解释分析结果。
模型验证
通过与实验数据对比，验证有限元模型的准确性 和可靠性。
有限元分析的应用
结构力学
用于研究结构的强度、刚度和动力响应，优 化结构设计。
热传导
用于研究物体的热传导性能和温度分布，优 化热管理系统。
流体力学
用于研究流体的流动特性，如气体和液体的 流动、热传递和质量传递。
ansa建立有限元模型
掌握有限元网格划分技术 快速几何清理与模型简化
间隙的处理
•设置整体间隙容差 设置整体间隙容差 •对整体模型进行TOPO缝合 对整体模型进行TOPO 对整体模型进行TOPO缝合 •对超出间隙容差部分使用paste粘接 对超出间隙容差部分使用paste 对超出间隙容差部分使用paste粘接
TOPO缝合 TOPO缝合
掌握有限元网格划分技术 体网格划分与质量提高 六面体网格生成
方法二：
Innovating through simulation
掌握有限元网格划分技术 体网格划分与质量提高 六面体网格生成
方法三：
Innovating through simulation
• 多种网格生成算法 • 灵活的边界种子数量的分配 • 自动网格划分（三角形，四边形，混合型） • 方便的单元偏置的设置 • 单元长大与单元加密 • 面单元编辑（切分、合并、节点移动） • 单元质量监控 • 面上小特征的修复与面网格质量提高 • 孔域网格的控制 ……
掌握有限元网格划分技术 快速几何清理与模型简化
小特征简化
-简化网格划分区域（压缩边界，增加删除固定点） -孔的处理（边界种子数&规则同心环）
Innovating through simulation
掌握有限元网格划分技术 快速几何清理与模型简化
中面抽取
抽中面前的模型
www.FEAቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Innovating through simulation
有限元前处理技术概述
软件特点 体网格划分实例
某发动机缸 体四面体网 格模型
Innovating through simulation
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使用接口输入，需要下面的licenses:
Parasolids: Connection for Parasolids , ANSYS Pro/E: Pro/E, Connection for Pro/E, ANSYS Unigraphics: Unigraphics, Connection for Unigraphics, ANSYS SAT: Connection for SAT, ANSYS
建立有限元模型输入 模型
目标
Module Objective
Lesson Objectives
在完成这一章的学习后，我们应能输 入实体模型并使用ANSYS的修复工具.
第一讲 输入方法和IGES选项
1-1. 在ANSYS程序中可用的模型输入方法. 1-2. ANSYS程序中可用的IGES输入选项和工具. 1-3. 输入一个IGES模型
。
IGES输入选项和工具
1-2. 说明ANSYS中可用的IGES选项和工具.
Objective
拓扑修复工具
可用的修复工具:
显示并列示分开的边界，对边界和间隙 进行marge操作，删除多余的线和面
1.拓扑修复工具
2.几何修复工具
3.几何简化工具
几何修复工具
创建丢失的线和面，修复模型.
几何简化工具
检查并显示短小的线或环，将分开的线 或面连来，填充面或孔.，去掉突起
第二讲 拓扑和几何修复工具
1-4. 使用拓扑修复工具修改IGES模型. 1-5. 使用几何修复工具修改IGES模型
第三讲 几何简化
1-6. 简化IGES模型
第四讲 使用ANSYS的CAD接口
1-7. 使用相关接口输入模型
第一讲
输入方法和IGES 选项
模型输入方法
1-1. 说明ANSYS中可用的模型输入方法
File
一般准则： 如果有相关接口，则应首选 它来输入入模型，否则，使 用IGES输入方法
A1
为下一步网格划分和求解而输入 ANSYS的模型
ANSYS的CAD接口产品
为CAD的文件格式到ANSYS的传输提供一个界面. 保存原始模型的特性（不需要先输出再输入）
在有些情况下，可以从CAD程序中直接进入 ANSYS.
输入完成后，仔细检查模型，从中删掉不想要的图 元.
在完成输入后，如果发现一些小面被丢失，则关掉 small选项，重新输入模型.
可能需要花费更多的时间 和占用更多的内存.
IGES输入检修技术（续）
如果发生下面的任一情况:
1. merging花费的时间太长 2. 输入过程使用太多的内存 3. 在模型中存在丢失部分 则以模型的最大尺寸为基础调整间隙容差，重新输入.
MERGE Option
Yes DEFAULT
No
Yes
No
Yes
SOLID Option
Yes DEFAULT
No
No
No
Yes
SMALL OptionYes Biblioteka EFAULTYesNo
Yes
No
IGES输入检修技术
提示:
如果输入不成功，关闭MERGE和Solid选项，重新输入. ANSYS装饰技术可以过滤掉坏图元.
IGES输入选项和工具（续）
Marge间隙，建立实体模型，删除小面
ANSYS 输 入 IGES 文件选项，自动 Merge间隙，删除 小面，建立实体
IGES输入过程
1-3. 输入IGES模型
Objective
.
1. ..... 2. ..... 3. .....
Procedure
输入IGES模型的菜单路径: Utility Menu: File > Import > IGES...
IGES输入
IGESA1 File
Utility Menu: File > Import > IGES
以IGES格式保 存的文件
A1
为下一步网格划分和求解而输 入ANSYS的模型
当使用IGES输入文件时， Default defeature 选项允许 使用下面将要说明的三种工 具。Alte no Defeature选项 允许进行标准的布尔操作和 建模操作，但没有修复工具
检查输出窗口，估计最大的模型尺寸 确定模型的实际最大尺寸 实际距离与估计距离的比率是间隙容差的合理近似值. 在重新输入之前，在键入窗口中输入下述信息来设置间隙容
Objective
Connection for Pro/E Program
Connection for Unigraphics Program
Connection for CADDS
Program
A1
CAD 中的模型
IGES File
Connection for
SAT File
Connection for Parasolid
1. 选择一种输入选项.
2. 单击OK
IGES输入过程(续）
4.单击OK.
3.选择将要输入的IGES文件.
IGES输入选项提示
Conditions
If you want to use repair and defeaturing tools
If you want to access standard ANSYS modeling and Boolean operations If you want to map mesh the model If you want to export the model via IGES If the model failed to import using the Default option
Use Default Option
X DEFAULT
Use Alternate
Option
X
X X X
Conditions
For all cases except the conditions listed below If you already know that you want to delete entities (e.g. datum planes or untrimmed surfaces) If the model is not a solid (i.e. if it is a shell model) If the model is very large (memory requirements) If the model is missing small entities
Parasolids: Connection for Parasolids , ANSYS Pro/E: Pro/E, Connection for Pro/E, ANSYS Unigraphics: Unigraphics, Connection for Unigraphics, ANSYS SAT: Connection for SAT, ANSYS
建立有限元模型输入 模型
目标
Module Objective
Lesson Objectives
在完成这一章的学习后，我们应能输 入实体模型并使用ANSYS的修复工具.
第一讲 输入方法和IGES选项
1-1. 在ANSYS程序中可用的模型输入方法. 1-2. ANSYS程序中可用的IGES输入选项和工具. 1-3. 输入一个IGES模型
。
IGES输入选项和工具
1-2. 说明ANSYS中可用的IGES选项和工具.
Objective
拓扑修复工具
可用的修复工具:
显示并列示分开的边界，对边界和间隙 进行marge操作，删除多余的线和面
1.拓扑修复工具
2.几何修复工具
3.几何简化工具
几何修复工具
创建丢失的线和面，修复模型.
几何简化工具
检查并显示短小的线或环，将分开的线 或面连来，填充面或孔.，去掉突起
第二讲 拓扑和几何修复工具
1-4. 使用拓扑修复工具修改IGES模型. 1-5. 使用几何修复工具修改IGES模型
第三讲 几何简化
1-6. 简化IGES模型
第四讲 使用ANSYS的CAD接口
1-7. 使用相关接口输入模型
第一讲
输入方法和IGES 选项
模型输入方法
1-1. 说明ANSYS中可用的模型输入方法
File
一般准则： 如果有相关接口，则应首选 它来输入入模型，否则，使 用IGES输入方法
A1
为下一步网格划分和求解而输入 ANSYS的模型
ANSYS的CAD接口产品
为CAD的文件格式到ANSYS的传输提供一个界面. 保存原始模型的特性（不需要先输出再输入）
在有些情况下，可以从CAD程序中直接进入 ANSYS.
输入完成后，仔细检查模型，从中删掉不想要的图 元.
在完成输入后，如果发现一些小面被丢失，则关掉 small选项，重新输入模型.
可能需要花费更多的时间 和占用更多的内存.
IGES输入检修技术（续）
如果发生下面的任一情况:
1. merging花费的时间太长 2. 输入过程使用太多的内存 3. 在模型中存在丢失部分 则以模型的最大尺寸为基础调整间隙容差，重新输入.
MERGE Option
Yes DEFAULT
No
Yes
No
Yes
SOLID Option
Yes DEFAULT
No
No
No
Yes
SMALL OptionYes Biblioteka EFAULTYesNo
Yes
No
IGES输入检修技术
提示:
如果输入不成功，关闭MERGE和Solid选项，重新输入. ANSYS装饰技术可以过滤掉坏图元.
IGES输入选项和工具（续）
Marge间隙，建立实体模型，删除小面
ANSYS 输 入 IGES 文件选项，自动 Merge间隙，删除 小面，建立实体
IGES输入过程
1-3. 输入IGES模型
Objective
.
1. ..... 2. ..... 3. .....
Procedure
输入IGES模型的菜单路径: Utility Menu: File > Import > IGES...
IGES输入
IGESA1 File
Utility Menu: File > Import > IGES
以IGES格式保 存的文件
A1
为下一步网格划分和求解而输 入ANSYS的模型
当使用IGES输入文件时， Default defeature 选项允许 使用下面将要说明的三种工 具。Alte no Defeature选项 允许进行标准的布尔操作和 建模操作，但没有修复工具
检查输出窗口，估计最大的模型尺寸 确定模型的实际最大尺寸 实际距离与估计距离的比率是间隙容差的合理近似值. 在重新输入之前，在键入窗口中输入下述信息来设置间隙容
Objective
Connection for Pro/E Program
Connection for Unigraphics Program
Connection for CADDS
Program
A1
CAD 中的模型
IGES File
Connection for
SAT File
Connection for Parasolid
1. 选择一种输入选项.
2. 单击OK
IGES输入过程(续）
4.单击OK.
3.选择将要输入的IGES文件.
IGES输入选项提示
Conditions
If you want to use repair and defeaturing tools
If you want to access standard ANSYS modeling and Boolean operations If you want to map mesh the model If you want to export the model via IGES If the model failed to import using the Default option
Use Default Option
X DEFAULT
Use Alternate
Option
X
X X X
Conditions
For all cases except the conditions listed below If you already know that you want to delete entities (e.g. datum planes or untrimmed surfaces) If the model is not a solid (i.e. if it is a shell model) If the model is very large (memory requirements) If the model is missing small entities