工程结构实例有限元分析PPT演示课件

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有限元分析及应用课件

有限元分析及应用课件
参数设置
设置材料属性、单元类型等参数。
求解过程
刚度矩阵组装
根据每个小单元的刚度,组装成全局的刚度矩阵。
载荷向量构建
根据每个节点的外载荷,构建全局的载荷向量。
求解线性方程组
使用求解器(如雅可比法、高斯消元法等)求解线性方程组,得到节点的位移。
后处理
01
结果输出
将计算结果以图形、表格等形式输 出,便于观察和分析。
有限元分析广泛应用于工程领域,如结构力学、流体动力学、电磁场等领域,用于预测和优化结构的 性能。
有限元分析的基本原理
离散化
将连续的求解域离散化为有限 个小的单元,每个单元具有特
定的形状和属性。
数学建模
根据物理问题的性质,建立每 个单元的数学模型,包括节点 力和位移的关系、能量平衡等。
求解方程
通过建立和求解线性或非线性 方程组,得到每个节点的位移 和应力分布。
PART 05
有限元分析的工程应用实 例
桥梁结构分析
总结词
桥梁结构分析是有限元分析的重要应用之一,通过模拟桥梁在不同载荷下的响应,评估 其安全性和稳定性。
详细描述
桥梁结构分析主要关注桥梁在不同载荷(如车辆、风、地震等)下的应力、应变和位移 分布。通过有限元模型,工程师可以预测桥梁在不同工况下的行为,从而优化设计或进
刚性问题
刚性问题是有限元分析中的一种 特殊问题,主要表现在模型中某 些部分刚度过大,导致分析结果 失真
刚性问题通常出现在大变形或冲 击等动态分析中,由于模型中某 些部分刚度过高,导致变形量被 忽略或被放大。这可能导致分析 结果与实际情况严重不符。
解决方案:为避免刚性问题,可 以采用多种方法进行优化,如采 用更合适的材料模型、调整模型 中的参数设置、采用更精细的网 格等。同时,可以采用多种方法 对分析结果进行验证和校核,以 确保其准确性。

应用力学系_工程有限元分析(共81张PPT)

应用力学系_工程有限元分析(共81张PPT)
国均能使用的实用单位制。
2. 1954年第十届国际计量大会决定采用米(m)、千克(kg)、秒(s)、安培(A)、开尔文(K)和坎德拉(cd)作为基本单位。
From: O’ Brien et al.
Accura3te.soluti1on960年第十一届国际计量大会决定将以这六个单位为基本单位的实用计量单位制命名为“国际单位制”,并
迈和码
1. 英“迈”是英制英里mile的音译,1 mile=1.6 km,100迈就是160 km,在速度表上就是160 km/h,比如 某人说他在路上开到过180“迈”,换算为公里应该是180*1.6=288KM, 这个速度是在开一级方程 式赛车吗?
2. 有的人喜欢说开多少多少"码",这就更不对了,"码"的英文是YARD, 一码=3英尺,1英里=1760码.码 与公制的换算关系是: 1 码=0.9144米,就是说每小时开100"码"就是每小时开不到100米,那比蜗牛 还跑的慢.更是荒唐之极.
Moaveni, S., Finite Element Analysis – Theory and Application with ANSYS, 2nd Ed., Pearson Education, 2003. Pepper, D.W. and Heinrich, J.C., The Finite Element Method: Basic Concepts and Applications, Hemisphere, 1992. Pao, Y.C., A First Course in Finite Element Analysis, Allyn and Bacon, 1986. Rao, S.S., Finite Element Method in Engineering, 3rd Ed., Butterworth-Heinemann, 1998.

有限单元法ppt课件

有限单元法ppt课件

06
有限单元法的发展趋势和展 望
发展趋势
工程应用领域拓展
随着科技的发展,有限单元法在解决 复杂工程问题上的应用越来越广泛, 不仅局限于结构分析,还涉及到流体 动力学、热传导等领域。
与其他方法的结合
有限单元法正与其他数值方法(如有 限差分法、边界元法等)进行交叉融 合,形成更为强大的数值分析工具。
05
有限单元法的优缺点
优点
灵活性
有限单元法允许对复杂的几何形状进 行离散化,适用于解决各种形状和大 小的问题。
高效性
有限单元法能够处理大规模问题,通 过使用计算机技术,可以快速求解。
广泛的应用领域
有限单元法被广泛应用于工程、物理 、生物等领域,是一种通用的数值分 析方法。
易于理解和实现
有限单元法的基本概念直观易懂,且 实现起来相对简单。
01
利用线性代数方法,将 各个单元的数学模型和 节点信息组合成整体方
程组。
03
将节点的未知量返回到 原问题中,得到问题的
解。
05
根据问题的物理性质和 边界条件,建立单元的 数学模型和节点信息。
02
解整体方程组,得到节 点的未知量。
04
有限单元法的特点
适用范围广
可以用于解决各种类型的问题,如弹性力学 、流体力学、传热学等。
高精度与高效率
研究者们致力于开发更高效、精确的 算法,以解决大规模、非线性、动态 等复杂问题。
并行化与云计算应用
随着计算资源的丰富,有限单元法的 计算过程正逐步实现并行化,利用云 计算平台进行大规模计算已成为趋势 。
展望
理论完善与创新
随着工程实践的深入,有限单元法的理论体系将进一步完善,同时会 有更多创新性的算法和模型出现。

《有限元分析及应用》PPT课件

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41
2.3 基本变量的指标表达
指标记法的约定:
自由指标:在每项中只有一个下标出现,如

i,j为自由指标,它们可以自由变化;在三维ij 问题
中,分别取为1,2,3;在直角坐标系中,可表示
三个坐标轴x, y, z。
哑指标:在每项中有重复下标出现,如:
,j为哑指标。在三维问题中其变化的范ai围j x为j 1,b2i ,3
有限元方法的思路及发展过程
思路:以计算机为工具,分析任意变形体以获得所有 力学信息,并使得该方法能够普及、简单、高效、方 便,一般人员可以使用。 实现办法:
20
技术路线:
21
发展过程: 如何处理
对象的离散化过程
22
常用单元的形状
.点 (质量)
面 (薄壳, 二维实体,
.. 轴..对称实体.).......
3
有限元法是最重要的工程分析技术之一。 它广泛应用于弹塑性力学、断裂力学、流 体力学、热传导等领域。有限元法是60年 代以来发展起来的新的数值计算方法,是 计算机时代的产物。虽然有限元的概念早 在40年代就有人提出,但由于当时计算机 尚未出现,它并未受到人们的重视。
4
随着计算机技术的发展,有限元法在各个 工程领域中不断得到深入应用,现已遍及 宇航工业、核工业、机电、化工、建筑、 海洋等工业,是机械产品动、静、热特性 分析的重要手段。早在70年代初期就有人 给出结论:有限元法在产品结构设计中的 应用,使机电产品设计产生革命性的变化, 理论设计代替了经验类比设计。
由此得到
考虑 X 0
xyl ym zy n Y xl yxm zxn X
考虑
Z 0 xzl yzm zn Z
应力边界条件

有限元法PPT课件

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和时间。
如何克服局限性
改进模型
通过更精确地描述实际 结构,减少模型简化带
来的误差。
优化网格生成
采用先进的网格生成技 术,提高网格质量,降
低计算误差。
采用高效算法
采用并行计算、稀疏矩 阵技术等高效算法,提
高计算效率。
误差分析和验证
对有限元法的结果进行误 差分析和验证,确保结果
的准确性和可靠性。
05 有限元法的应用实例
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目 录
• 引言 • 有限元法的基本原理 • 有限元法的实现过程 • 有限元法的优势与局限性 • 有限元法的应用实例 • 有限元法的前沿技术与发展趋势 • 结论
01 引言
有限元法的定义
01
有限元法是一种数值分析方法, 通过将复杂的结构或系统离散化 为有限个简单元(或称为元素) 的组合,来模拟和分析其行为。
有限元法在流体动力学分析中能够处理复杂的流体流动和 压力分布。
详细描述
通过将流体域离散化为有限个小的单元,有限元法能够模 拟流体的流动、压力、速度等状态,广泛应用于航空、航 天、船舶等领域。
实例
分析飞机机翼在不同飞行状态下的气动性能,优化机翼设 计。
热传导分析
总结词
有限元法在热传导分析中能够处理复杂的热传递过程。
实例
分析复杂电磁设备的电磁干扰问题,优化设备性能。
06 有限元法的前沿技术与发 展趋势
多物理场耦合的有限元法
总结词
多物理场耦合的有限元法是当前有限元法的重要发展方向, 它能够模拟多个物理场之间的相互作用,为复杂工程问题提 供更精确的解决方案。
详细描述
多物理场耦合的有限元法涉及到流体力学、热力学、电磁学 等多个物理场的耦合,通过建立统一的数学模型,能够更准 确地模拟多物理场之间的相互作用。这种方法在航空航天、 能源、环境等领域具有广泛的应用前景。

《有限元法及其应用》课件

《有限元法及其应用》课件
实例
某型战斗机的机翼设计过程中,通过有限元分析,优化了机翼的结构和材料分布,提高了机翼的抗弯和 抗扭能力,同时减小了机翼的气动阻力,为飞机的高性能提供了保障。
汽车碰撞模拟
01
总结词
利用有限元法模拟汽车碰撞过程,评估汽车的安全性能和 改进设计方案。
02 03
详细描述
汽车碰撞是交通事故中最为严重的一种情况,有限元法能 够模拟汽车碰撞过程,对汽车的结构、材料和吸能设计等 进行评估,为汽车的安全性能提供科学依据。同时,通过 模拟不同碰撞条件下的结果,可以为汽车设计提供改进方 案。
通过离散化的方法,将连续的偏微分 方程转化为离散的代数方程组。
刚度矩阵与载荷向量
刚度矩阵
描述了每个单元的刚度关系,反 映了单元之间的相互作用。
载荷向量
描述了作用在每个节点上的外力 。
位移求解与应力分析
位移求解
通过求解离散化的代数方程组,得到每个节点的位移。
应力分析
根据位移求解的结果,通过计算得到每个单元的应力应变状态。
有限元法的应用领域
结构分析
有限元法在结构分析中应用最为广泛,可 以用于分析各种结构的应力、应变、位移
等。
电磁场分析
有限元法可以用于分析电磁场中的电场强 度、磁场强度、电流密度等,如电磁兼容
性分析、天线设计等。
流体动力学
有限元法可以用于模拟流体在各种复杂环 境下的流动行为,如航空航天、船舶、汽 车等领域的流体动力学问题。
应用领域
广泛应用于科学研究和工 程领域,如化学、生物医 学、电磁学等。
FE-SAFE
概述
FE-SAFE是一款用于结构疲劳分析的有限元软件 ,基于有限元方法进行疲劳寿命预测。
特点

有限元分析(共2张PPT)

有限元分析(共2张PPT)

s
3、试计算下列载荷的单元等效节点力。
1、=一1/3悬,臂梁梁的,厚载度荷为均t。匀分布在自由端截面上,合力为P,采用图示网格,求各节点位移及单元应力。
1、=一1/3悬,臂梁梁的,厚载度荷为均t。匀分布在自由端截面上,合力为P,采用图示网格,求各节点位移及单t。单元等效节点力。
3、=试1/3计,算梁下的列厚载度荷为的t。单元等效节点力。
31、试一计悬算臂下梁列,载荷的均单 匀元分等布效在节自点由力端。截面上①,合力为P,采用图3示网格,求各节点位移及单元应力。
=1/3,梁的厚度为t。
112、 、=一一将1/3悬悬上,臂臂题梁梁梁的的,,悬厚载载臂度荷荷梁为均均改t。匀 匀 用分分图布布示在在的自自四由由个端端单1截截元面面的上上网,,格合合进力力行为为计算PP,,,3采采用用图图示示网网格格,,求求各各节节5 点点位位移移及及单单元元应应力力。。
作业
1、一悬臂梁,载荷均匀分布在自由端截面上,合力为P,采用图示网
格,求各节点位移及单元应力。=1/3,梁的厚度为t。
。 。。4
。 P/2 3 ②
1m
P t
。 。。1 ①
2m
。 2 P/2
2、将上题的悬臂梁改用图示的四个单元的网格进行计算,
设 = 0,试求整体刚度矩阵。
3、=试1/3计,算梁下的列厚载度荷为的t。单元等效节点力。
1、==一11//33悬, ,臂梁梁梁的 的,厚 厚载度 度荷为 为均tt。 。匀分布在自由端2 截面上,合力为P,4采用图示网格,求各节6点位移及单元应力。
3、=试1/3计,算梁下的列厚载度荷为的t。单元等效节点力。
31、 、=试一1/3计悬,算臂梁下梁的列,厚载载度荷荷为的均t。单 匀元分等布效在节自点由力端。截面上,合力为② P,采用图示网格4,求各节点位移及单元应力。

有限元分析实例ppt课件

有限元分析实例ppt课件

Stress distribution
Reaction
有限元分析典型流程
§3-5 有限元分析法存在的问题及发展方向
• 有限元模型的建立 有限元网格的自动划分与动态划分-自适应网格
• 求解过程的优化 减少计算量,降低分析成本。
• 有限元分析结果的判读和评定 采用等值线图、明暗色彩、动态图形、过程模拟
机进行分析计算的重要工具。
但是当时限于国内大中型计算机很少,大约只有杭州汽轮机厂的 Siemens7738和沈阳鼓风机厂的IBM4310安装有上述程序,所以用户 算题非常不方便,而且费用昂贵。PC机的出现及其性能奇迹般的提高, 为移植和发展PC版本的有限元程序提供了必要的运行平台。可以说国内 FEA软件的发展一直是围绕着PC平台做文章。在国内开发比较成功并拥 有较多用户(100家以上) 的有限元分析系统有大连理工大学工程力学 系的FIFEX95、北京大学力学与科学工程系的SAP84、中国农机科学研 究院的MAS5.0和杭州自动化技术研究院的MFEP4. 等。但正如上面所述, 国外很多著名的有限元分析公司已经从前些年对PC平台不屑一顾转变为 热衷发展,对国内FEA程序开发者来说发展PC版本不再具有优势。
单元类型选择
Element type:
3结点三角形平面应力单元
单元特性定义 Element properties:
材料特性:E, µ 单元厚度:t
网格划分
Mesh 1
Total number of elements:356 Total number of nodes:208
Mesh 2
Total number of elements:192 Total number of nodes:115
Rotor Dynamics(转子动力学分析) :转子动力学分析主要解决旋转机械
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载荷及边界条件 前机身结构分析的载荷为气密载荷,气密压强大小为
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结构简介 某型机垂尾翼尖设计结构如下图所示。
<<结构分析中的有限单元法>> By Xiaojun Wang [2009]
某型机垂尾翼尖结构有限元静力分析
垂尾翼尖的所有结构件均采用玻璃钢结构,由预浸料铺设
而成,单层厚度为0.25mm,单层材料的力学性能数据如下表
所示。
表 1 预浸料的力学性能
常温干燥
湿热
拉伸压缩拉伸压缩
00 模量 GPa
23.7 25 GPa
21.9 23.9 18.6 33.8
00 强度 MPa
0.04MPa。气压可通过在蒙皮、气密地板、气密端框简化得到 的壳单元上施加分布载荷来实现。
<<结构分析中的有限单元法>> By Xiaojun Wang [2009]
某型机前机身结构静力有限元分析
在边界条件的处理上,由于气密载荷是自平衡载荷,故理论上 在气密舱段上任意加 6 个独立约束即可。这里,采用在 12 框框缘处 加边界条件,12 框上所有辐射筋与框缘相交处节点的 x 方向自由度 被约束,最左侧和最右侧节点的 x , y 和 z 方向自由度被约束,最下 侧节点的 x 、 y 方向自由度被约束。
<<结构分析中的有限单元法>> By Xiaojun Wang [2009]
某型机前机身结构静力有限元分析
前机身结构传力路线
结构所承受载荷仅考虑气密压力载荷作用。从机身结构总 体受力来说,长桁和大梁用来承受机身弯矩引起的轴力。蒙皮 除了承受全部剪力和扭矩外,还要不同程度地承受轴力的作用。 普通框的作用是维持机身外形,支持机身长桁和蒙皮。加强框 除具有普通框的作用外,还要承受飞机其他部件、组件和设备 等传来的集中载荷。
<<结构分析中的有限单元法>> By Xiaojun Wang [2009]
某型机前机身结构静力有限元分析
结构简介
某型机前机身结构CATIA模型图
<<结构分析中的有限单元法>> By Xiaojun Wang [2009]
某型机前机身结构静力有限元分析
某型机前机身,包括气密舱段(5框~12框)和设备舱段 (3框~5框)。某型机前机身气密舱段是由长桁、纵向大梁、 蒙皮与框组成的半硬壳式舱壁和前、后端框组成,形成一个能 承受气密载荷作用的封闭体。长桁和大梁一般都是穿过隔框直 通的,由型材或机加锻件构成。蒙皮由钣金件构成,按照外形 分为不同块进行加工成型。框一般是由钣弯件制成,受力严重 的加强框则是由锻件或机加件构成。前端框为由纵、横加筋的 平板结构组成;为改善受力特性,后端框为加筋的半球面形结 构。前机身气密舱设有地板,地板由地板纵梁和横梁构成框架, 横梁与机身隔框相连,其上安装有面板,共采用了两种类型的 面板。对于机头部分,下部是前起落架舱,驾驶员地板是气密 的,为金属板,形成气密地板结构。其它部分地板为非气密地 板,采用玻璃钢板。气密舱前部为设备舱。
<<结构分析中的有限单元法>> By Xiaojun Wang [2009]
某型机前机身结构静力有限元分析
总体应力计算及分析 对于前机身的前风挡玻璃,观测窗以及12框堵盖部位,在
受力时并不传递弯矩,因此不能将这些部位与整体模型固连, 应该简支连接。因此,有限元模型中不能在此处消去重复节点。 可以将前风挡玻璃、观测窗以及12框堵盖边沿节点简支,并在 面单元上施加0.04MPa的气密载荷,计算出这些部位周边节点 的约反力再将其反加到总体模型的前风挡玻璃框、观测窗框及 12框堵盖口边节点上。因此,总体应力分析时便可只分析除去 前风挡玻璃、观测窗及12框堵盖的整体模型便可。
<<结构分析中的有限单元法>> By Xiaojun Wang [2009]
某型机前机身结构静力有限元分析
<<结构分析中的有限单元法>> By Xiaojun Wang [2009]
某型机前机身结构静力有限元分析
通过MSC.Nastran对总体模型进行应力分析,得出总体模 型中最大壳单元应力为239MPa,最大梁单元应力为387MPa, 壳单元最大位移为19.9mm,梁单元最大位移为8.13mm。
<<结构分析中的有限单元法>> By Xiaojun Wang [2009]
某型机前机身结构静力有限元分析
有限元分析模型的建立 根据如实地反映结构的几何形状、构造型式、材料特性、
传力路线、承载方式和边界条件等因素的基本原则,将前机身 结构离散化为一个有限元分析模型。
由于气密舱段形状不规则,其外形切面由圆弧、双曲线甚 至平直线组成,加上由于结构布置上的需要,天窗骨架前部左 右各有一个驾驶员弹射救生抛盖开口,天窗骨架后部有一个操 作员弹射救生抛盖开口,舱段左侧新开有登机门开口,形成一 个复杂结构的气密舱段。在气密载荷作用下,蒙皮不仅受剪应 力,还受弯曲应力;长桁和框不仅受拉伸,还受弯曲。将蒙皮 和隔框腹板等简化为壳单元,长桁、框缘及纵横加筋等简化为 空间梁元。对驾驶员抛盖及操作员抛盖的定位支座与挂钩的连 接采用多点约束(MPC单元)来模拟,二维壳单元向一维梁单元 的过渡通过MPC单元模拟。
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