有限元分析建模方法
十字轴万向节建模及有限元分析
十字轴万向节建模及有限元分析
建模主要涉及以下几个步骤：
1. 创建十字轴万向节的几何模型。
使用CAD软件，如SolidWorks或CATIA，绘制十字轴万向节的细节，包括其轴、连接杆、球头等部分。
2.导入几何模型。
将绘制的CAD模型导入有限元分析软件，如ANSYS
或ABAQUS。
确保准确导入，并调整模型的比例和尺寸。
3.设置材料属性。
为十字轴万向节的各部分分配适当的材料属性，如
弹性模量、泊松比和密度。
这些属性可以从材料手册或实验数据中获取。
4.设定加载条件。
根据实际工作条件，为模型设置加载条件，例如施
加在轴上的转矩或扭矩。
5.网格划分。
将几何模型进行网格划分。
网格划分决定了模型的节点
和单元数量，将直接影响分析的准确性和计算效率。
6.运行有限元分析。
使用有限元分析软件运行模型，计算出十字轴万
向节在加载条件下的应力、应变和变形等。
7.分析分析结果。
根据分析结果，评估十字轴万向节的性能和可靠性。
检查是否存在应力过高或变形过大的情况，并决定是否需要进一步改进设计。
需要注意的是，建模和有限元分析是一种模拟和预测方法，其准确性
取决于几个因素，如几何模型的精度、材料属性的准确性和加载条件的真
实性。
因此，在建模和分析过程中应谨慎选择合适的参数，并在可能的情
况下与实际测试结果进行验证。
ansys有限元分析实用教程2篇
ansys有限元分析实用教程2篇第一篇：ansys有限元分析实用教程（上）有限元分析是一种广泛应用的数值分析方法，可用于模拟和分析各种结构和系统的受力、变形及其他物理行为。
在ansys软件平台下，有限元分析功能十分强大，能够对各种工程问题进行有效的分析和解决。
本文将介绍ansys有限元分析的基础操作和实用技巧。
一、建立模型在进行有限元分析前，首先需要建立准确的模型。
在ansys中，可以通过多种方式进行几何建模，包括手工绘制、导入CAD文件、复制现有模型等。
为了确保模型的准确性，需要注意以下几个方面：1.确定模型的几何形状，包括尺寸、几何特征等。
2.选择适当的单元类型，不同形状的单元适用于不同的工程问题。
3.注意建模过程中的单位一致性，确保模型的尺寸和材料参数等单位一致。
4.检查模型建立后的性质，包括质量、连接性和几何适应性等。
二、设置材料参数和加载条件建立模型后，需要设置材料的弹性参数和加载条件。
在ansys中，可以设置各种材料属性，包括弹性模量、泊松比、密度等。
此外，还需要设置加载条件，包括加速度、力、位移等。
在设置过程中，需要注意以下几个方面：1.根据实际情况选择材料参数和加载条件。
2.确保材料参数和加载条件设置正确。
3.考虑到不同工况下的加载条件，进行多组加载条件的设置。
三、网格划分网格划分是有限元分析中的关键步骤，它将模型分割成许多小单元进行计算。
在ansys中，可以通过手动划分、自动划分或导入外部网格等方式进行网格划分。
在进行网格划分时，需要注意以下几个方面：1.选择适当的单元类型和网格密度，确保模型计算结果的准确性。
2.考虑网格划分的效率和计算量，采用合理的网格划分策略。
3.对于复杂模型，可以采用自适应网格技术，提高计算效率和计算精度。
四、求解模型建立模型、设置材料参数和加载条件、网格划分之后，即可进行模型求解。
在ansys中，可以进行静态分析、动态分析、热分析、流体分析等多种分析类型。
连杆机构的有限元分析方法
连杆机构的有限元分析方法连杆机构的有限元分析方法连杆机构是一种常见的机械结构，由多个连杆和铰链连接而成，广泛应用于各行各业的机械装置中。
在设计和优化连杆机构时，有限元分析是一种有效的方法，可以帮助工程师评估其性能和稳定性。
以下是连杆机构有限元分析的一些步骤和方法。
第一步：建立模型在进行有限元分析之前，需要建立连杆机构的几何模型。
这可以通过计算机辅助设计（CAD）软件完成，将连杆和铰链的几何形状和尺寸输入到软件中。
第二步：离散化离散化是指将连续的结构模型分割为有限数量的单元，以便进行有限元分析。
常用的单元类型包括三角形、四边形单元或六面体等。
根据具体的连杆机构结构，选择合适的单元类型进行离散化。
第三步：确定材料属性和边界条件根据实际情况，为连杆和铰链分配合适的材料属性，如弹性模量、泊松比、密度等。
此外，还需要确定边界条件，如约束和外部载荷。
约束是指限制杆件的运动范围，外部载荷是指施加在连杆上的力或力矩。
这些参数对于分析连杆机构的性能至关重要。
第四步：求解有限元方程将连杆机构的模型和边界条件输入有限元分析软件中，通过求解有限元方程来计算连杆机构的应力、位移和变形。
有限元方程是通过应变能原理和位移函数推导得到的。
第五步：评估结果根据有限元分析的结果，评估连杆机构的性能和稳定性。
例如，可以通过应力和位移分布来判断杆件是否会发生破坏或变形。
此外，还可以计算杆件的刚度、自然频率和振动模态等参数。
第六步：优化设计如果连杆机构的性能不符合要求，需要进行设计优化。
可以通过改变连杆和铰链的尺寸、形状或材料来改善连杆机构的性能。
再次进行有限元分析，评估优化后的连杆机构是否满足设计要求。
综上所述，有限元分析是一种对连杆机构进行性能评估和优化设计的有效方法。
通过逐步完成建模、离散化、确定材料属性和边界条件、求解有限元方程、评估结果和优化设计等步骤，可以提高连杆机构的设计质量和工作效率。
多尺度有限元分析建模技术研究
多尺度有限元分析建模技术研究随着科技的不断发展，以及各行业的快速发展，人们对于模拟建模技术的要求越来越高。
其中，多尺度有限元分析建模技术的研究，成为当前模拟建模技术发展的一个热点。
本文将从多尺度有限元分析建模技术的基本概念入手，深入探讨其研究内容以及应用前景。
1.多尺度有限元分析建模技术的基本概念多尺度有限元分析建模技术是一种基于有限元模拟的模拟建模技术。
与传统的单一尺度有限元模拟技术不同，多尺度有限元分析建模技术可以在不同的尺度下进行模拟，以获得更为准确的模拟结果。
其中，多尺度有限元分析建模技术主要涉及到以下三个方面的研究：(1)多尺度模型构建，包括宏观模型与微观模型的建立，以及两者之间的关联模型构建。
(2)多尺度模拟方法，包括多尺度分析方法、多尺度有限元方法等模拟方法的研究。
(3)多尺度模型验证，主要针对多尺度模型的准确性进行验证。
2.多尺度有限元分析建模技术的研究内容(1)多尺度模型构建多尺度模型构建是多尺度有限元分析建模技术研究中的一个重要方面。
其主要采用宏观模型与微观模型相结合的方法来构建多尺度模型。
在宏观模型中，考虑的是材料的整体力学特性。
而在微观模型中，考虑的是材料中微观结构的影响。
因此，多尺度模型构建需要对宏观模型与微观模型进行耦合研究。
最终构建出一种能够反映材料宏观力学特性以及微观结构影响的多尺度模型。
(2)多尺度模拟方法多尺度模拟方法是多尺度有限元分析建模技术的核心。
其主要包括多尺度分析方法、多尺度有限元方法等模拟方法。
其中，多尺度分析方法是通过分析不同尺度下的材料力学特性，建立反映不同尺度下的材料行为的多尺度分析模型，最终实现多尺度有限元分析。
而多尺度有限元方法是在有限元方法的基础上，结合材料的多尺度结构特性，建立能够反映材料行为的多尺度有限元模型。
相对于单一尺度有限元模型，多尺度有限元模型在模拟结果的准确性上有较大提升。
(3)多尺度模型验证多尺度模型验证是保证多尺度有限元分析建模技术准确性的重要保障。
有限元法分析与建模
有限元法分析与建模课程设计报告学院：机电学院专业：机械设计制造及其自动化指导教师：张昌春刘建树王洪新林华周小超学生：李珠学号：**********2016-1-7摘要有限元分析已经在教学、科研以工程应用中成为重要而又普及的数值分析方法和工具：综合考虑有限元方法的力学分析原理、建模技巧、应用领域、软件平台、事例分析这几个方面。
而本软件含有多种有限元分析的能力，包括性简单的静态分析到复杂的非线性动态分析。
一个典型的ANSYS分析过程可以分为三步：建立模型、加载并求解、查看分析结果。
处于初学期的我们应该强调有限元的实质理解和融会贯通。
关键词：有限元，建立模型，加载并求解，查看分析结果，ANSYS目录目录 (I)第一章引言............................................................................................................................... - 1 -1.1有限元法及其基本思想................................................................................................ - 1 -1.2本文所研究问题定义分析............................................................................................ - 1 - 第二章有限元分析的准备工作............................................................................................... - 2 -2.1进入ANSYS新建文件.................................................................................................... - 2 -2.2 ANSYS偏好设置............................................................................................................ - 2 -2.3设置单元类型................................................................................................................ - 3 -2.4定义材料参数................................................................................................................ - 4 -2.5生成几何模型................................................................................................................ - 5 -2.5.1生成特征点.......................................................................................................... - 5 -2.5.2生成球体截面...................................................................................................... - 6 -2.6 创建网格....................................................................................................................... - 8 - 第三章有限元模型的前处理和求解........................................................................................ - 11 -3.1模型施加约束.............................................................................................................. - 11 -3.1.1给水平直边施加约束....................................................................................... - 11 -3.1.2给竖直边施加约束........................................................................................... - 11 -3.1.3给内弧施加径向的分布载荷........................................................................... - 12 -3.2求解结果...................................................................................................................... - 14 - 第四章有限元模型的后处理和结果分析............................................................................. - 16 -4.1 结果显示..................................................................................................................... - 16 -4.2 退出系统..................................................................................................................... - 18 - 总结..................................................................................................................................... - 20 - 参考文献..................................................................................................................................... - 21 -第一章引言1.1有限元法及其基本思想所谓有限元法（FEA），其基本思想是把连续的几何机构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，从而将连续体看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示单元中场函数的分布规律，再建立用于求解节点未知量的有限元方程组，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中的有限自由度问题。
优化机械结构设计的有限元分析方法
优化机械结构设计的有限元分析方法有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是现代机械结构设计领域中广泛应用的一种分析方法，它通过数值计算模拟物体在受力时的行为，可以帮助工程师了解结构在不同工况下的工作性能，并优化其设计。
然而，在进行有限元分析时，存在一些问题需要优化，以提高分析计算的准确性和效率。
以下将介绍几个优化机械结构设计的有限元分析方法。
首先，合理建模是进行有限元分析的关键。
在建模时，应根据结构的几何形状和材料特性进行良好的划分，避免过度简化或复杂化结构模型。
对于非线性特性，如材料的非线性和接触的非线性等，也应该进行合适的建模，以提高分析的准确性。
其次，使用适当的边界条件和约束。
结构在实际工作中往往会受到各种约束条件的限制，如固定支撑、螺栓连接等，这些条件应该在有限元分析中得到充分考虑。
合理确定结构的边界条件和约束，可以更准确地模拟实际工作情况，并在分析结果中获得有用的信息。
第三，选择合适的网格划分方法。
有限元分析中的网格划分是决定分析计算精度的一个重要因素。
不合理的网格划分会导致计算误差增大，甚至无法得到有意义的结果。
因此，需要根据结构的几何形状和所关注的应力集中区域等因素，合理选择网格划分方法，并进行必要的网格加密。
第四，选用适当的求解器和计算技术。
有限元分析中求解大规模矩阵方程是非常耗时的操作，因此需要选择合适的求解器和计算技术来提高计算效率。
一般来说，对于线性静力分析问题，可以选择直接解法或迭代解法；对于非线性静力分析问题，可能需要采用迭代求解方法，如牛顿-拉弗森法。
此外，还可以考虑并行计算、加速计算等技术，以提高计算速度。
最后，与实验结果进行对比和验证。
有限元分析只是一种数值计算方法，其结果可能与实际情况存在差异。
因此，在进行有限元分析后，应与实验结果或其他可靠的数据进行对比和验证，以确定分析结果的准确性，并根据结果进行优化设计。
综上所述，优化机械结构设计的有限元分析方法包括合理建模、使用适当的边界条件与约束、选择合适的网格划分方法、选用适当的求解器与计算技术，并与实验结果进行对比和验证。
4典型结构有限元分析
4典型结构有限元分析结构有限元分析是一种重要的工程分析方法，用于确定和评估各种结构的力学行为。
桁架和梁结构是常见的结构形式之一，下面将介绍这两种结构的有限元分析方法及其应用。
1.桁架结构有限元分析桁架结构是由桁架梁和节点组成的三维刚性体系，广泛应用于大跨度建筑和桥梁等工程中。
桁架结构的有限元分析方法有以下几个步骤：步骤一：建立有限元模型首先，需要建立桁架结构的有限元模型，可以使用各种商用有限元软件。
桁架梁可以用梁单元进行建模，节点可以用节点单元进行建模。
根据实际情况，可以选择不同的单元类型和网格划分方法。
步骤二：施加边界条件和荷载根据实际情况，需要给模型施加合适的边界条件和荷载。
边界条件包括固支、铰支和滑移支等。
荷载可以是点荷载、线荷载或面荷载。
步骤三：求解有限元方程根据桁架结构的几何和力学特性，可以得到有限元方程。
然后，利用数值计算方法求解有限元方程，确定桁架结构的位移、应力和反力等。
步骤四：分析和评估结果分析和评估有限元分析结果，可以得到桁架结构的应力分布、变形情况和稳定性等。
根据评估结果，可以进行优化设计和加强措施的制定。
2.梁结构有限元分析梁结构是由梁和支座组成的一维刚性体系，广泛应用于各种工程中，如建筑、桥梁和机械等。
梁结构的有限元分析方法有以下几个步骤：步骤一：建立有限元模型首先，需要建立梁结构的有限元模型，可以使用各种商用有限元软件。
梁可以用梁单元进行建模，支座可以用支座单元进行建模。
根据实际情况，可以选择不同的单元类型和网格划分方法。
步骤二：施加边界条件和荷载根据实际情况，需要给模型施加合适的边界条件和荷载。
边界条件包括固支、铰支和滑移支等。
荷载可以是点荷载、线荷载或面荷载。
步骤三：求解有限元方程根据梁结构的几何和力学特性，可以得到有限元方程。
然后，利用数值计算方法求解有限元方程，确定梁结构的位移、应力和反力等。
步骤四：分析和评估结果分析和评估有限元分析结果，可以得到梁结构的应力分布、变形情况和稳定性等。
fea建模流程
fea建模流程
FEA（有限元分析）建模流程通常包括以下步骤：
1. 前处理：这一阶段涉及创建或获取模型的几何形状，并将其划分为有限元网格。
这包括创建或导入模型的几何形状，选择合适的有限元类型（如四边形、六面体等），并根据需要应用材料属性（如弹性模量、泊松比和密度）。
2. 施加载荷和约束：在这一步中，需要定义模型的边界条件和施加的载荷。
边界条件可以包括固定约束、自由约束或特定类型的运动约束。
载荷可以包括压力、力、扭矩或温度等。
3. 求解：这一阶段涉及运行有限元分析以解决在模型上定义的方程。
这可以通过使用各种求解器（如直接求解器或迭代求解器）来完成。
4. 后处理：最后，结果需要被后处理以供查看和分析。
这通常涉及生成应力、应变、位移和其他相关量的图形和报告。
以上是有限元分析的基本步骤，但根据具体的应用和问题，可能需要进行更复杂的建模和后处理。
三维有限元法
三维有限元法三维有限元法是一种常用的工程分析方法，它基于有限元理论，通过将复杂的三维结构离散成小的单元，再对每个单元进行力学分析，从而得到整个结构的应力、变形等工程参数。
本文将介绍三维有限元法的基本原理、建模方法和应用领域。
一、基本原理三维有限元法的基本原理是将连续的三维结构离散成有限个小的单元，每个单元内部的应力和变形服从某种数学模型，通过求解这些模型，得到整个结构的应力、变形等参数。
常用的单元包括三角形单元、四边形单元和六面体单元等。
二、建模方法建立三维有限元模型的过程包括几何建模、划分单元、选择材料和加载条件等。
几何建模是将实际结构抽象成几何形状，可以使用CAD软件进行三维建模。
划分单元是将结构划分成小的单元，常用的方法有四面体法、六面体法和自适应划分法等。
选择材料是指确定每个单元的材料性质，包括弹性模量、泊松比等。
加载条件是指在模型中施加的外部载荷和边界条件。
三、应用领域三维有限元法在工程领域有广泛的应用，以下列举几个典型的应用领域。
1. 结构分析三维有限元法可以用于分析建筑物、桥梁、飞机等结构的强度、刚度和稳定性。
通过分析结构的应力和变形，可以评估结构的安全性，并指导工程设计和施工。
2. 流体力学三维有限元法可以用于模拟流体在三维空间中的运动和传递过程。
例如，可以用三维有限元法来分析水流在管道中的流动情况，并预测流速、压力等参数。
3. 热传导三维有限元法可以用于分析热传导过程。
例如，可以用三维有限元法来模拟热交换器中的传热过程，分析不同工况下的温度分布和热损失。
4. 振动分析三维有限元法可以用于分析结构的振动特性。
例如，可以用三维有限元法来分析汽车车身的振动特性，评估车身的舒适性和稳定性。
三维有限元法是一种重要的工程分析方法，可以用于分析结构、流体力学、热传导和振动等问题。
通过合理建模和求解，可以得到结构的应力、变形等工程参数，为工程设计和分析提供有力支持。
在实际应用中，需要根据具体问题选择合适的单元类型和求解方法，以获得准确和可靠的分析结果。
有限元分析建模方法
注意：分步计算最复杂的工作是确定子模型的边界条件，即将整体 模型的计算结果以节点位移或分布力的形式转换到子模型的边界 上。可参考相关文献。
8-7 模型简化
2、分步计算法
工程中常存在一些相对尺寸很小的细节，如小孔、键
槽、齿轮齿根等，如果这些细节处于结构的高应力区， 则可能引起应力集中。
编 值 参 参数 编节材物截几
号
考 考量 号点料理面何
系系
编特特特 数
代代
号性性性 据
码码
码值
码
位载热其 移荷边他 约条界边 束件条界 数数件条 据据数件
据数 据
8-5 有限元建模的基本流程 参数化实体造型
物理属性编辑器
载荷、约束 材料
力学属性编辑器
基于实体的物理模型
几何元素编辑器
对称/反对称简化 中线/中面提取 小特征删除/抑制
用可视化方法（等值线、等值面、色块图）分析计算结果，包括 位移、应力、应变、温度等；
最大最小值分析； 特殊部位分析。
8-2 有限元建模的重要性
在有限元分析过程中，建模是其中最为关键的环节。因为： 1.影响结果精度：有限元模型要为计算提供所有原始数据，
这些输入数据的误差将直接决定计算结果的精度。如果模型本身 不合理，即使计算算法再精确，也不可能得到高精度的分析结果。 因此，模型的合理性是决定结果精度的主要因素。 2.影响计算过程：模型不仅决定计算精度，还影响计算的过程。 对于同一分析对象，不同的模型所需要的计算时间和存储容量可 能相差很大，不合理的模型还可能导致计算过程死循环或终止。 3.对人员要求高：由于分析对象的形状、工况条件、材料性质 的复杂性，要建立一个完全符合实际的有限元模型是很困难的。 它需要综合考虑的因素很多，如形状的简化、单元类型的选择、 边界条件的处理等等，从而对分析人员的专业知识、有限元知识 和软件使用技能等方面都提出了较高的要求。 4.花费时间长：建模所花费的时间在整个分析过程中占有相当 大的比例。对分析人员来讲，他们的工作不是开发有限元分析软 件，而是如何利用软件（如ANSYS）分析他们所关心的结构。 分析过程中，分析人员可把计算过程作为“黑匣子”来对待，而 把精力主要集中在建模上。通常，建模所花费的时间约占整个分 析时间的70%左右。因此，提高建模速度是缩短分析周期的关键。
CATIA有限元工程结构分析
CATIA有限元工程结构分析引言有限元分析是一种用于工程结构和材料的计算方法，它将连续物体分割为许多小的有限元，然后通过数值方法对这些有限元进行计算，以模拟真实物体的行为。
CATIA是一种常用的三维建模和分析软件，它提供了强大的工具和功能，可用于进行有限元工程结构分析。
本文将介绍CATIA中有限元分析的基本原理、使用方法和应用场景，并讨论一些常见的有限元分析模型和技术。
有限元分析基本原理有限元分析的基本原理是将连续物体离散化为有限个小的、相互连接的有限元，并通过数值方法对这些有限元进行计算，以模拟物体的静态或动态行为。
在CATIA中，有限元分析主要涉及以下几个方面：1.几何建模：CATIA提供了丰富的建模工具，可以创建各种复杂的三维几何形状。
在有限元分析中，首先需要将实际物体的几何形状建模成CATIA中的几何实体，以供后续分析使用。
2.网格划分：在有限元分析中，连续物体被划分为许多小的有限元，这些有限元之间通过节点相连形成网格。
CATIA提供了网格划分工具，可以自动或手动将几何实体划分为网格。
3.材料特性定义：有限元分析需要定义物体的材料特性，例如弹性模量、泊松比和密度等。
CATIA提供了材料库和材料编辑工具，可以方便地定义和管理材料特性。
4.约束和加载条件设置：在有限元分析中，需要设置物体的约束条件和加载条件，以模拟外部加载对物体的影响。
CATIA提供了丰富的约束和加载条件设置工具，可以灵活地定义各种约束和加载条件。
5.计算和后处理：CATIA可以使用各种数值方法对有限元模型进行计算，并根据计算结果生成分析报告和可视化结果。
CATIA提供了强大的后处理功能，可以对分析结果进行可视化、动画展示和数据分析。
CATIA有限元分析使用方法CATIA的有限元分析功能主要通过工作台的“CAE”模块提供。
下面是进行CATIA有限元分析的基本步骤：1.建立几何模型：使用CATIA提供的3D建模工具创建物体的几何模型。
有限元建模方法分析概要
三、有限元模型
§3-4 有限元建模方法
有限元模型除节点、单元外，还包含本身所具有的边界 条件(约束条件、外载等) 有限元模型的基本构成：
1．节点数据 (1)节点编号 (2)坐标值 (3)坐标参考系代码 不同的节点可根据需要参考不同的坐标系 (4)位移参考系代码 位移参考系——节点的位移自由度所参考的坐标系 (5)节点总数
①设置过渡单元 ——梁单元与薄壁结构过渡单元、体—壳过渡单元、疏密过渡 单元等。 ②主从节点和位移规格数 ——从节点和主节点之间通过假设的刚臂连在一起。从节点的 自由度由主节点的相应自由度和两点的相对位置决定。
3.缩小解体规模的常用措施
3.1 对称性和反对称性 对称性——几何形状、物理性质、载荷分布、边界条件、
——简化模型的变形和受力及力的传递等与实际结构 一致。如应力应变、连接条件和边界条件等，均应与实 际结构相符合。
确定模型的可靠性判断准则：
物理力学特性保持；相应的数学特性保持。
1.有限元离散模型的有效性确认
2)精确性
—— 有限元解的近似误差与分片插值函数的逼近 论误差呈正比。在建立有限元模型时，根据问题的 性质和精度要求，选择一阶精度元、二阶精度元和 高阶精度元等不同类型的单元。
§3-4 有限元建模方法
有限元分析是设计人员在计算机上调用有限元程序 完成的。了解所用程序的功能、限制以及支持软件运 行的计算机硬件环境。 分析者的任务： 建立有限元模型、进行有限元分析并解决分析中出 现的问题以及计算后的数据处理。 一、有限元法应用 采用有限元法计算，可以获得满足工程需求的足够 精确的近似解。解决几乎所有的连续介质和场的问题， 包括建筑、机械、热传导、电磁场、流体力学、流体 动力学、地质力学、原子工程和生物医学等方面问题。
结构有限元分析
结构有限元分析
结构有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种工程分析方法，用于分析和解决力学结构问题。
它将结构划分为离散的有限元，通过有限元之间的相互作用，建立代表结构行为的数学模型，并通过数值方法求解得到结构的应力、应变、位移等信息。
结构有限元分析的基本步骤包括：
1. 几何建模：将结构几何特征转化为计算机可识别的几何模型，通常采用CAD软件或者网格划分软件进行建模。
2. 网格划分：将结构划分为离散的有限元，通常根据结构的几何形状和材料特性进行网格划分。
3. 材料建模：定义结构材料的力学性质，如弹性模量、材料的屈服强度、断裂韧度等。
4. 边界条件：定义结构的边界条件，如受力情况、支撑情况等。
5. 单元分析：对网格划分后的每个有限元进行力学分析，计算每个有限元的应力、应变等信息。
6. 装配和求解：将各个有限元的信息装配成线性方程组，然后通过数值方法求解得到结构的位移、应力场等信息。
7. 后处理：分析和解释分析结果，如绘制应力云图、位移云图等。
结构有限元分析广泛应用于工程领域，包括建筑结构、航空航天、汽车工程、机械工程等。
它可以帮助工程师预测结构的性能和行为，优化结构设计，提高结构的安全性和可靠性。
机械结构的有限元分析
机械结构的有限元分析引言在现代工程设计与制造领域中，机械结构的设计是不可或缺的。
为了保证机械结构的稳定性、安全性以及耐用性，工程师们经常需要进行有限元分析。
有限元分析是一种利用计算机模拟材料力学行为的方法，能够帮助工程师们预测机械结构在实际工作条件下的性能。
第一部分：有限元分析的基本原理和步骤有限元分析的基本原理是将机械结构离散成许多小的有限元，然后通过求解有限元间的相互作用来模拟整个结构的行为。
这种离散的方法使得计算变得可行，同时还能提供关于结构应力分布、变形情况以及破坏点等有用信息。
有限元分析的步骤可以概括为以下几个方面：1. 建模：将机械结构根据实际几何形状、材料属性以及约束条件等进行建模。
这一步通常需要使用CAD软件来帮助创建结构模型。
2. 离散化：将机械结构划分成小的有限元，并为每个有限元分配材料属性和初始条件。
这一步可以通过网格生成工具来实现。
3. 定义边界条件：根据实际工作条件定义结构的边界条件，如约束和加载情况。
这些边界条件将影响结构的响应。
4. 计算求解：使用数值方法（如有限元算法）对有限元模型进行求解，得到结构的应力、变形等信息。
5. 分析结果：根据求解结果进行后处理分析，如应力云图、变形图以及破坏点的预测等。
第二部分：有限元分析在机械结构设计中的应用有限元分析在机械结构设计中具有广泛的应用。
下面将针对几个典型的应用领域进行介绍。
1. 振动分析在机械结构设计中，振动是一个重要的考虑因素。
通过有限元分析，可以预测机械结构在不同频率下的振动响应，并找到导致振动问题的原因。
进一步优化结构几何形状、选择合适的材料以及调整约束条件等，可以有效减少振动问题。
2. 疲劳分析机械结构在长期工作中容易受到疲劳损伤。
通过有限元分析可以模拟结构在不同工作条件下的疲劳寿命，并预测可能出现的疲劳破坏位置。
这有助于进行结构的寿命评估和优化设计。
3. 强度分析机械结构的强度是制定设计决策的重要因素。
通过有限元分析，可以预测结构在不同加载情况下的应力分布，并评估结构是否满足强度要求。
车门铰链的有限元建模方法及车门下垂刚度仿真试验方法
有限元建模是汽车门铰链力学设计中广泛应用的计算方法。
有限元建
模可以用来预测汽车门铰链的应力分布、弯矩分布、受力铰链关系等
特征参数。
采用有限元建模方法建立汽车门铰链，主要包括以下步骤：对汽车门
铰链进行模型绘制，采用选定的有限元素形式，并给出每个单元的积
分格点和物理参数；求解结构模型的数值计算模型，采用拉格朗日把
有限元分析归结为基本因子矩阵乘法形式，给出各个节点受力情况；
给定运动边界条件，求解门铰链的有限元受力分析模型，计算出铰链
的力学特性参数；根据建模的结果，分析汽车门铰链的受力情况，提
出改进后的设计方案。
为了评估有限元建模得到的汽车门铰链的受力特性，可采用车门下垂
的刚度仿真试验方法。
该方法将汽车门上的支撑铰链当作一组简化的
悬挂系统，铰链的弹性受荷载时的变形作为参数，求解汽车门铰链在
车辆行驶时的下垂稳定情况。
仿真结果可以与实际安装汽车门铰链的
情况进行对比，分析出车门下垂受力稳定状态，从而设计出满足汽车
行驶历程要求的车门支撑铰链方案。
总之，有限元建模方法和车门下垂刚度仿真试验方法是汽车门铰链力
学设计的重要工具，可以很好地提高汽车门铰链的受力稳定性和刚度。
此外，采用有限元建模也可以在汽车设计上形成创新的思路，有助于
汽车的整体安全性能的提高。
基于有限元分析的电机建模及控制技术研究
基于有限元分析的电机建模及控制技术研究随着科技的不断进步，电机在工农业生产以及日常生活中的应用越来越广泛，电机控制技术的研究也越来越深入。
在电机控制技术中，电机建模是一个非常重要的环节，通过电机建模，可以对电机进行仿真分析，为电机控制提供较为准确的参考。
本文将介绍基于有限元分析的电机建模及控制技术研究。
一、电机建模1.1 有限元分析有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）是一种利用计算机数值方法求解工程问题的方法。
在有限元分析中，将复杂的物理结构分割为许多互不相交的小单元，通过求解每一个小单元内的方程，最后得到整个物理结构的解。
有限元分析在电机建模中有着广泛的应用，可以对电机进行电磁场分析、机械分析、热分析等，为电机控制提供较为准确的仿真结果。
1.2 电机建模的方法目前，电机建模主要分为机电耦合法、磁耦合法、电感耦合法等。
其中，机电耦合法是一种较为广泛应用的方法，其采用的是有限元法。
在机电耦合法中，需要对电机进行网格剖分，将电机分为小单元，并对每个小单元进行仿真分析。
在电磁分析中，需要通过求解磁场方程得到电机的磁场分布，进而求解电机的转矩、电磁力等。
在机械分析中，需要对电机进行结构分析，计算其受力、变形等。
最终，将电磁分析和机械分析结合起来，得到电机的电磁转矩、机械转矩等，从而得到电机的控制方案。
二、电机控制技术2.1 电机控制方法电机控制比较复杂，目前采用的控制方法主要有PID控制、模型预测控制、滑模控制、自适应控制等。
其中，PID控制是一种最基础的控制方法，可以通过制定适当的参数来使电机运行在设定状态下。
模型预测控制是一种较为高级的控制方法，通过对电机的建模预测，来制定相应的控制策略。
滑模控制是一种应用较广泛的控制方法，通过引入滑模面来确保控制系统不受外界干扰。
自适应控制是一种较为智能的控制方法，可以根据电机的实时数据进行相应的调整，从而提高控制的精度。
2.2 电机控制的应用电机控制技术在许多行业中有着广泛的应用，如机械制造、汽车制造、家电生产等。
行人保护头型冲击器有限元建模方法研究
行人保护头型冲击器有限元建模方法研究随着全球汽车保有量的增加，交通事故的发生率也在不断上升。
其中，行人与车辆之间的碰撞发生频率也有所提高，因此行人保护成为了汽车安全研究的重要方向。
行人保护头型冲击器的研究是其中比较热门的一个方向。
本文将介绍行人保护头型冲击器的有限元建模方法研究。
1. 概述行人保护头型冲击器是一种被动安全装置，主要是为了在车辆与行人之间的碰撞过程中减缓碰撞时头部的受力，从而降低行人身体受伤的几率。
行人保护头型冲击器的结构比较复杂，并且在车辆与行人之间碰撞的过程中，其内部也会受到相应的力的作用，因此需要进行有限元分析。
2. 有限元建模方法有限元分析是一种比较常用的结构分析方法，可以通过该方法对行人保护头型冲击器进行分析和评估。
有限元模型建立的基本步骤包括：（1）模型几何建模：在有限元分析中，首先需要建立几何模型。
（2）网格划分：对几何模型进行网格划分，产生的网格被称为有限元单元，每个有限元单元都具有一组节点，节点是表示有限元单元在空间中的位置。
（3）材料特性：在有限元分析中，需要为每个有限元单元定义其材料特性，包括弹性模量、泊松比和密度等。
（4）加载条件：在有限元分析中，需要为模型定义其加载条件，包括施加在模型上的载荷和边界条件等。
3. 应用实例以一款行人保护头型冲击器为例进行有限元分析，其几何模型如图1所示，由多个零件组成，包括外壳、内壳、防爆膜、支撑等。
对该模型进行有限元分析，其网格划分如图2所示。
为了进行有限元分析，还需要对材料特性进行定义，并为模型定义加载条件。
在进行有限元分析后，可以得出行人保护头型冲击器在碰撞时的应力分布、位移、应变等参数。
通过对这些参数进行评估，可以确定模型是否满足行人保护要求，并在必要时进行结构的优化设计。
4. 结论有限元分析是行人保护头型冲击器研究中比较常用的一种方法。
通过该方法可以对行人保护头型冲击器进行评估和优化设计，从而提高其行人保护能力。
在有限元分析中，需要对模型的几何形态、材料性质和加载条件进行定义，最终得到模型在碰撞时的应力分布、位移、应变等参数。
有限元建模
有限元建模
**有限元建模**：
有限元建模是一种数值模拟方法，可用于分析复杂物理系统的性能。
它通过将被研究的复杂物体分成小块，然后在它们之间建立相应的数学模型，来实现对这些物体的行为和性能的分析。
有限元建模通常用于分析结构力学、流体力学、热传导等工程领域中的复杂结构，并根据模拟结果来设计出更好的物体。
有限元建模步骤如下： 1. 确定问题域：明确建模所要解决的问题，包括研究对象、边界条件、计算方法等。
2. 建立模型：根据已知信息建立有限元模型，包括物体的几何形状、有限元单元的形状、节点的数量、节点的位置等。
3. 计算节点处的局部变量：根据有限元模型计算节点处的局部变量，包括位移、应力应变等。
4. 求解全局变量：根据节点处的局部变量计算全局变量，以求得整体受力情况。
5. 结果分析：对求得的全局变量进行分析，得出有效的结论，帮助设计工程师优化设计参数。
有限元法建模原理及应用
有限元法建模原理及应用有限元法（Finite Element Method，FEM）是一种数值计算方法，通过将一个复杂的物理问题划分为多个简单的子问题，即有限元，来求解问题的数值逼近解。
它广泛应用于多学科领域，如力学、结构工程、流体力学、电磁学等。
有限元法建模原理主要包括以下几个步骤：1. 问题的离散化：将实际的连续体划分为有限个离散的子域，即有限元。
这些子域可以是线段、三角形、四边形等简单的几何形状，也可以是更为复杂的几何体。
2. 弱形式的建立：根据问题的物理方程和边界条件，将问题表达为一组偏微分方程或积分方程，然后通过集成法将其转化为弱形式。
一般情况下，弱形式就是在一个有限元内部或周边区域进行积分，将物理方程转化为一系列积分方程。
3. 转化为代数方程组：将弱形式的积分方程通过有限元基函数的展开系数，转化为一组代数方程组。
这些方程组往往是大规模的线性代数方程组，可以通过数值方法求解。
4. 求解方程组：使用数值方法求解转化得到的代数方程组，得到问题的数值逼近解。
常用的求解方法包括有直接法、迭代法和优化算法等。
有限元法的应用非常广泛，以下是一些常见的应用领域：1. 结构力学：有限元法可以用于分析结构的力学性能，如应力、应变、变形等。
它可以帮助工程师设计和优化各种结构，如桥梁、建筑物、汽车和航天器等。
2. 流体力学：有限元法在流体力学中的应用主要是求解Navier-Stokes方程，用于模拟流体在复杂几何结构中的流动行为。
它广泛应用于风力发电机、船舶设计、汽车空气动力学等领域。
3. 电磁学：有限元法可以用于求解电磁场分布和电路问题。
它在电磁兼容与电磁干扰分析、电机设计、电子器件热分析等方面有广泛应用。
4. 生物医学工程：有限元法可以模拟人体组织和器官的力学行为，如骨骼、关节、心脏和血管等。
它可以帮助医生进行手术规划和设计医疗器械。
5. 地质工程：有限元法在地质工程中的应用主要是求解地下水流动、土壤力学和岩体力学等问题。
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8-7 模型简化
建立局部模型的关键如何划 分边界的位置？
1）、通过实物测量数据或经 验确定，即所测部分的位移 或应力很小，则可取为划分 边界。
2）、通过反复试算确定，即 取一个较大或较小的边界试 算，若发现边界以内仍存在 一些节点位移为零或非零， 则继续缩小或扩大边界，逐 步找出合理的划分边界。
数量增加是有限的。
C、划分形状规则的单元 单元质量是影响局部精度的主要因素， 如质量差的单元多，则会影响整体精度。
D、建立与实际相符的边界条件 如边界条件不能正确模拟实际情 况则产生大的误差，甚至超过有限元本身带来的原理性误差。
E、减小模型规模 计算误差与运算次数有关，利用降维和对称性 等可减少规模。
建模的基本内容：
1、力学问题的分析（平面问题、板壳、杆梁、实体、线性与非 线性、流体、流固耦合…..）-----取决于工程专业知识和力学素养。
2、单元类型的选择及特性定义（高阶元/低阶元？杆/梁元？平 面/板壳？ ….. ）-----取决于对问题和单元特性的理解及计算经验
3、模型简化（对称性/反对称性简化、小特征简化、抽象提取、 支坐等简化）
样，关键结构的精度要求可能高一些，非关键结构的精度要求则要低一些。
1）、误差分析
结果误差
模型误差
离边散界误条差件误几物差何理离离散散误误差差 单元形状误差
计算误差
舍入误差 截断误差
8-6有限元建模的基本原则
2）、提高精度措施 A、提高单元阶次 用于场函数和形状复杂的情况 B、增加单元数量 一般增加数量可提高精度，但应注意精度随
建立几何模型(Geometric Modeling，自下而上，或基本单
元组合)
有限单元定义、网格划分(Meshing)与网格控制
给定约束(Constraint)和载荷(Load)
8-1 有限元分析的基本过程
4）求解(Solution) 求解方法选择 计算参数设定 计算控制信息设定
5）后处理(Postprocessing)后处理的目的在于分析计算模型是否合理， 提出结论。
4、网格划分（手工、半自动、自动，单元的形状因子？）
5、载荷、约束条件的引入（载荷等效、边界处理）
6、求解控制信息的引入
8-4有限元模型的基本数据
有限元模型主要由三类数据组成：节点数据、单元数据和边界条 件数据
有限元模型
节点数据
单元数据
边界条件数据
节 坐 坐 位节 单单单单单相
点 标 标 移点 元元元元元关
力学问题描述与简化
单元组、子结构、单元选 择 支承连接方式模拟 装配应力等效等
力学模型
载荷、约束自动等效
基于点线面的载荷/约束
计算参数及控制信息编辑
网格生成器
手工编辑/半自动 自动划分：三角形/四 面体、四边形/六面体¡
有限元模型
计算方法/计算精度选择 输入/输出控制
模型检查
静力学问题
有限元计算
动力学问题
计算结果输出
有限元计算及后处理
设计方案输出
8-1 有限元分析的基本过程
1）建立实际工程问题的计算模型
利用几何、载荷的对称性简化模型
建立等效模型
2）选择适当的分析工具
侧重考虑以下几个方面：
物理问题的综合分析
物理场耦合问题
大变形
网格重划分
3）前处理(Preprocessing)------ 有限元建模(Finite Element Modeling)
为从自由度，然后将方程缩减到主自由度上，使方程降阶。
8-7 模型简化
1、物理问题的力学描述
对于所计算的对象，先应分析清楚，给以归类： 1）平面问题 2）空间问题（轴对称问题） 3）板壳问题 4）杆梁问题…… 如把复杂问题看得简单，会使许多应当考虑的因素没有考
虑影响精度
反之，把简单问题弄得复杂，会把某些次要因素没有略去， 未突出主要因素，影响计算工作量
8-7 模型简化
等效变换实例：
米字板
等厚板
等刚度原则：即在相同受力条件和边界条件下，带肋板与等效平板的 对应点应具有相同的变形。
8-7 模型简化
4、形式变换法
工程中常存在有些结构的形状尽管不是很复杂，但网格划分却很 困难。若对结构形式作适当变换，则可能使网格划分更容易，分出 的单元更少。变换的原则是变换后的结构的强度或刚度与原始结构 的强度或刚度等效。 如图是一个用于大型结构支撑的箱式立柱的侧板，立柱用板件焊接 而成，为提高立柱刚度，侧板的一侧附有一定数量的加强肋。这种 立柱的离散采用板梁组合方式，即平板部分用板单元，加强肋用偏 心梁单元。这种方式有两个不便：一是板单元划分要适应加强肋的 分布，以便进行单元组合，而自动分网难以满足这种要求；二是加 强肋较多，单元组合较麻烦，离散后的单元数量也较多。
3）、建立子模型
在细节附近从整体结构中切割出一局部结构，该局部结构尺寸远 远小于整体结构尺寸，对局部结构的微小尺寸可划分出很密集的 网格，而该子模型的边界上的位移或应力边界条件用整体模型计 算获得的节点位移或应力。
4）、对子模型进行计算
注意：分步计算最复杂的工作是确定子模型的边界条件，即将整体 模型的计算结果以节点位移或分布力的形式转换到子模型的边界 上。可参考相关文献。
有限元结果可视化
模型 物理量(位移/应力/矢量)全局/局部 显示 面上/体内/截面/动态
8-6有限元建模的基本原则
1、保证计算结果的精度原则
有限元分析的目的是要利用分析结果验证、修改或优化设计方案，如果
结果误差太大，有限元分析也就失去了实用价值，甚至会起到负作用，所以
保证精度是建模时首要考虑的问题。当然，不同分模型简化
2、力学问题的简化
根据计算结构的几何、受力及相应变形等情况，对其 相应的力学问题进行简化，从而达到减小计算时间和 存储空间的目的。
具体方法有： A、降维处理 B、分步计算法 C、局部分析法 D、形式变换 E、对称性利用 F、小特征删除 G、抽象简化 H、约束的等效处理
2）、对整体模型进行初算
根据圣维南原理，初算结果在远离细节处的区域是可靠的，但在 细节附近只能得到近似值。
3）、建立子模型
在细节附近从整体结构中切割出一局部结构，该局部结构尺寸远 远小于整体结构尺寸，对局部结构的微小尺寸可划分出很密集的 网格，而该子模型的边界上的位移或应力边界条件用整体模型计 算获得的节点位移或应力。
编 值 参 参数 编节材物截几
号
考 考量 号点料理面何
系系
编特特特 数
代代
号性性性 据
码码
码值
码
位载热其 移荷边他 约条界边 束件条界 数数件条 据据数件
据数 据
8-5 有限元建模的基本流程 参数化实体造型
物理属性编辑器
载荷、约束 材料
力学属性编辑器
基于实体的物理模型
几何元素编辑器
对称/反对称简化 中线/中面提取 小特征删除/抑制
F、避免出现“病态”方程组 当总刚矩阵元素中各行或各列的值 相差较大时，则总刚近似奇异。此时必须对模型进行必要处理， 以改变方程组的状态
8-6有限元建模的基本原则
2、适当控制模型规模原则
1）、规模对计算过程的影响 A、计算时间 统计表明：求N个线性方程组的运算次数正比于N
的三次幂，而半带宽B存储时，正比于N*B的平方。 B、存储容量 C、计算精度 D、其他 网格划分、多工况计算 2）、降低模型规模的措施 A、几何模型的简化 B、子结构 C、分步计算 即先粗后精，先整体后局部 D、带宽优化和波前处理 使带宽和波前最小 E、主从自由度 在模型上选择部分典型自由度为主自由度，其余
8-3 有限元建模的基本内容
有限元建模在一定程度上是一种艺术，是一种物体发生的物理 相互作用的直观艺术。一般而言，只有具有丰富经验的人，才能 构造出优良的模型。建模时，使用者碰到的主要困难是：要理解 分析对象发生的物理行为；要理解各种可利用单元的物理特性； 选择适当类型的单元使其与问题的物理行为最接近；理解问题的 边界条件、所受载荷类型、数值和位置的处理有时也是困难的。
8-7 模型简化
例：图示受弯曲作用的工字梁，其上下翼缘厚度较其高度 为小，且剪力可不考虑。
受力分析：上拉下压，前后两面变形自由，表面应力为0
计算方案：1）三维空间单元，计算量大
2）梁单元，计算量小，但因腹板有孔，各个截
面的抗弯模量计算复杂，不易处理
应力。
3）上下翼缘看作只受拉压的杆，腹板看作平面
4）、对子模型进行计算
注意：分步计算最复杂的工作是确定子模型的边界条件，即将整体 模型的计算结果以节点位移或分布力的形式转换到子模型的边界 上。可参考相关文献。
8-7 模型简化
2、分步计算法
工程中常存在一些相对尺寸很小的细节，如小孔、键
槽、齿轮齿根等，如果这些细节处于结构的高应力区， 则可能引起应力集中。
键槽局部结构
轮毂键槽结构
8-7 模型简化
分步计算法的一般步骤： 1）、建立整体模型
先不考虑细节出的应力集中，划分网格时忽略局部细节尺寸，对 整体结构采用比较均匀和稀疏的网格，建立结构的整体模型
2）、对整体模型进行初算
根据圣维南原理，初算结果在远离细节处的区域是可靠的，但在 细节附近只能得到近似值。
B) 板壳问题 如薄壳类，板结构类，箱体类（机床床身、 大梁等）
C) 平面问题 如直齿轮，轧辊，连杆
D) 杆梁问题 如行架、钢架等
8-7 模型简化
分步计算法的一般步骤： 1）、建立整体模型
先不考虑细节出的应力集中，划分网格时忽略局部细节尺寸，对 整体结构采用比较均匀和稀疏的网格，建立结构的整体模型