有限元分析系统的发展现状与展望
有限元方法与仿真技术在工程领域的应用现状
有限元方法与仿真技术在工程领域的应用现状有限元方法与仿真技术在工程领域的应用现状在现代工程领域中，有限元方法与仿真技术已经成为常见的计算分析方法之一。
其主要作用是通过数值计算与分析的方法来模拟物理系统或工作环境，以获得预测、分析或优化特定问题的解决方案。
下面具体介绍有限元方法与仿真技术在工程领域的应用现状。
一、有限元方法在工程领域的应用有限元方法是一种数值计算方法，它基于连续方程和离散化近似的原理，将复杂结构的问题离散化为有限个小单元，然后再用有限元单元之间的连通关系来构成整个系统。
该方法可以解决许多自然和工程问题，例如结构、土木、化学、电气和机械工程中的材料力学、热力学、流体力学、电磁学等领域。
例如，在机械工程领域中，有限元分析可以用来预测机器零件的振动、应力和疲劳寿命，以及分析车辆、船舶和航空器等机械系统的动力学特性和稳定性。
在土木工程领域中，有限元分析可用于预测建筑物和桥梁等结构的强度和稳定性，以及地震、风、雪和其他不同类型的载荷的影响。
二、仿真技术在工程领域的应用仿真技术是通过计算机软件来构建虚拟物理系统或工作环境，并利用计算机仿真技术来模拟和研究其特性和行为。
它是一种计算机模拟技术，用于模拟复杂系统的动力学、控制行为、身体机能等信息。
例如，在航空航天领域中，飞机和航天器模拟是一项非常重要的仿真工作，旨在预测其适应力、飞行可靠性、运行效率和安全性。
在汽车、铁路和船舶领域，仿真技术可以帮助设计工程师预测车辆的性能和稳定性，以及通过创新的安装技术来优化船舶排水、节油、降低排放和减少噪音损耗。
三、有限元方法与仿真技术的结合应用有限元方法和仿真技术虽然具有各自的优势和特点，但结合使用时可以实现更高效的设计和优化。
例如，在航空航天领域中，有限元分析可用于预测材料强度、变形和疲劳寿命，而仿真技术则可用于模拟飞行过程中的空气动力学、气流失速、失速和飘移等问题。
另外在锅炉、高铁等领域都有广泛的应用。
总之，有限元方法和仿真技术在工程领域中的应用，为各种自然和工程问题的求解和解决方案的优化提供了强有力的工具。
《2024年ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》范文
《ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步，ANSYS有限元分析软件在工程领域的应用越来越广泛。
其中，热分析作为工程领域的一个重要部分，ANSYS软件在其中发挥了重要作用。
本文将详细探讨ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用，包括其基本原理、应用领域、优势及挑战等方面。
二、ANSYS有限元分析软件基本原理ANSYS是一款功能强大的有限元分析软件，广泛应用于结构、流体、电磁场和热分析等领域。
在热分析中，ANSYS利用有限元法将复杂的连续体离散化，将求解域划分为一系列的单元体，然后通过对每个单元进行分析，从而得出整个结构的热行为特性。
三、ANSYS在热分析中的应用1. 稳态热分析稳态热分析主要用于研究物体在恒定温度场下的热行为。
通过ANSYS软件，可以建立物体的三维模型，设置材料属性、边界条件等参数，然后进行稳态热分析。
分析结果可以用于产品设计、优化和性能评估等方面。
2. 瞬态热分析瞬态热分析主要用于研究物体在温度场随时间变化情况下的热行为。
例如，在汽车发动机、电子设备等领域的热管理中，需要了解设备在运行过程中的温度变化情况。
通过ANSYS软件进行瞬态热分析，可以得出设备在不同时间点的温度分布情况，为产品设计、优化和故障诊断提供依据。
四、ANSYS在热分析中的优势1. 高精度：ANSYS软件采用先进的有限元法，可以将求解域划分为足够小的单元体，从而得出较为精确的解。
2. 多物理场耦合分析：ANSYS可以用于多物理场耦合分析，包括热-结构耦合、热-流体耦合等，能够更全面地反映实际工程问题的复杂性。
3. 丰富的材料库：ANSYS拥有丰富的材料库，可以用于模拟各种材料的热性能。
4. 强大的后处理功能：ANSYS具有强大的后处理功能，可以方便地查看和分析计算结果，为工程设计提供有力支持。
五、挑战与展望尽管ANSYS在热分析中具有诸多优势，但仍面临一些挑战。
例如，在处理大规模复杂问题时，计算资源的消耗较大；对于某些特殊材料和复杂结构的建模和分析难度较高；此外，ANSYS软件的学系成本较高，需要专业知识和技能。
有限元分析系统的发展现状与展望
有限元分析系统的发展现状与展望
一、简介
有限元分析是一种应用于结构分析和设计的计算机化方法，它是利用
变分原理计算工程结构的有限元分析程序。
它是结构设计的一种重要手段，在结构设计中，它可以帮助工程师更好地了解受力状况，更好地优化设计。
在结构分析过程中，有限元分析可以精确地模拟出复杂的结构问题，并有
效地估算出结构的受力性能。
本文将从发展现状和展望两方面对有限元分
析系统进行详细介绍。
二、发展现状
1、算法及程序的发展。
有限元分析的主要发展方向之一就是算法和
程序的发展。
在这方面，目前发展非常迅速，具有显著的改进。
例如，在
有限元分析算法方面，目前已经发展出了各种适用于不同工程问题的算法，如结构本构分析算法、局部应变算法、有限元空间算法等。
在有限元分析
程序方面，目前已经开发出稳定可靠、功能强大的程序，以解决复杂结构
分析问题。
2、计算机硬件的发展。
在近年来，计算机硬件得到了极大的发展，
大大提高了计算速度和计算精度。
在有限元分析中，计算机硬件的发展对
数值解决复杂工程问题具有重要意义，在解决实际工程问题方面带来了重
大改进。
基于solidworks的槽钢构建有限元分析、优化设计及对有限元的展望
基于solidworks的槽钢构件有限元分析、优化设计及其发展趋势[ 摘要]：槽钢作为焊接承重架最为重要的部件, 其有限元分析是一个非常有意义的研究领域。
用Solidworks和有限元对微硬盘悬臂梁进行了建模、模态分析,利用理论分析和软件仿真相结合的方式对4. 57 cm微硬盘悬臂梁进行振动模态分析,通过对各阶固有频率下的振型的计算,找出微硬盘悬臂梁中的具有整体弯曲和大摆动的频率点,在进行结构设计和控制方面要避免这些频率点,从而提高微硬盘悬臂梁的整体性能。
本文以63＃槽钢为载体, 利用solidworks建立曲轴的三维模型, 并导入cosmos/works有限元分析软件, 计算分析了槽钢的的力学性能, 得到槽钢在极限载荷下的载荷分布情况, 为槽钢焊接构架的优化设计提供了科学依据。
关键词：solidworks软件；槽钢焊件载荷及受力分析；建模；优化设计及展望引言：随着对槽钢焊接件小巧型和可靠性的要求不断提高, 槽钢焊件在保证占最小空间的前提下对强度要求的问题变得十分重要。
本文通过SolidWorks 软件举例建立了槽钢焊件的承载的几何模型, 通过SolidWorks 软件中的有限元分析插件COSMOS/Works 分析了槽钢的力学性能,得出了该槽钢架的载荷分布情况, 为槽钢焊架的优化设计提供重要的科学依据。
目前,市场上流行很多三维设计软件,如Pro /E、UG、CAXA 、SolidWorks等,这些三维设计软件都具有强大的实体建模、参数化特征造型、曲面造型和大型装配处理等功能,它们被广泛用于机械、汽车、航空等领域。
机械产品的设计开发,往往会涉及到许多标准零件,如果每一个标准零件在使用的时候都要重新开始绘图、建模,势必将浪费很多宝贵的时间,如果设计人员能从CAD系统的标准件库中获得满足设计要求的标准件,则可大大减少重复劳动,提高设计效率。
由于大部分三维软件普遍存在一个缺陷,缺少标准零件库,为此,有必要对三维软件进行二次开发,建立标准零件库,以方便用户使用。
有限元分析系统的发展现状与展望
有限元分析系统的发展现状与展望作者：谢小丽来源：《电脑知识与技术》2016年第18期摘要：随着我国科技的飞速发展，人们更是在不断的创建更快速，更简便，规模更大的建筑物以及更加精密的设备。
但创建这些东西的时候，都需要工程师在设计的时候要精确的预测出产品的技术性能，动力强度，流场，磁场等等的技术参数进行分析和计算。
随着以计算机技术为基础不断发展起来的有限元分析方法，不仅逐渐的解决了一些工程计算上的一些复杂的分析计算，而且相关的研究人员更是研究了许多新技术来不断的为我国做出了不可估量的贡献。
关键词：有限元分析；现状；发展局势中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）18-0242-011 有限元分析系统的发展现状1）如今，在我们的生活中，从自行车到飞机，所有的设计都离不开有限元的系统分析计算。
随着科技的不断发展，以往的线性理论已经逐渐的不能满足现在的社会发展要求。
比如在建筑行业中，高层建筑的出现，工作人员就必须要考虑结构的大位移等等的几个非线性问题。
航天工程出现的高温部件存在的热应力问题，工作人员也必要考虑到材料的非线性问题。
所以现在我国的发展状况如果只是采用线性理论来解决问题，是远远不够的。
我们只能不断的发展更好的技术来解决现在的困境。
众所周知，非线性的计算的过程是非常复杂的，它一般会涉及许多复杂的数学问题以及一些运用技巧，相关的工作人员也很难在很短的时间掌握要点。
2）随着数值分析系统的不断改进和完善，尤其是计算机的运算速度上表现得尤其突出。
在现在的工程站上，想要求解一个包含10方程的模型时间只需要10分钟，而如果用手工的方式，则需要几周的时间才可以得出结果。
所以，我们在这方面做出的成绩还是比较优秀的。
3）现如今，CAD软件的无缝集成工艺已经成为我国有限元分析的另一个特点，也就是CAD软件的集成使用。
也就是说，在CAD软件造成零件的设计以后，再自动的生成有限元网络，然后进行分析计算。
水利枢纽工程有限元分析报告
水利枢纽工程有限元分析报告水利枢纽工程有限元分析报告一、引言本报告旨在介绍水利枢纽工程有限元分析的基本原理、方法及过程，通过对具体水利枢纽工程的有限元模型建立、边界条件、载荷工况等进行分析，评估水利枢纽工程的整体和局部应力、应变、位移等响应，为水利枢纽工程的优化设计、安全运行提供理论支持。
二、水利枢纽工程有限元分析原理有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种数值计算方法，通过将连续的求解域离散化为由有限个单元组成的集合体，从而对复杂问题进行简化处理。
水利枢纽工程作为典型的复杂结构体系，利用有限元分析方法能够有效地解决工程中的问题。
三、水利枢纽工程有限元模型建立1.模型建立流程本报告以某实际水利枢纽工程为例，介绍有限元模型建立的流程。
具体流程如下：（1）搜集工程资料：收集水利枢纽工程的几何尺寸、材料属性、载荷工况等基本信息。
（2）划分网格：根据水利枢纽工程的几何形状和特点，将模型划分为若干个单元网格，每个单元网格由节点连接。
（3）建立模型：根据搜集的工程资料和划分的网格，利用有限元分析软件建立水利枢纽工程的有限元模型。
（4）施加边界条件和载荷：根据实际工程的约束和载荷情况，对有限元模型施加边界条件和载荷。
（5）进行计算：利用有限元分析软件进行计算，获得水利枢纽工程的应力、应变、位移等响应。
2.模型简化与处理在建立水利枢纽工程有限元模型时，需要对实际工程进行适当的简化和处理。
例如，可以将材料的非线性特性进行线性化处理，忽略次要因素对计算结果的影响。
四、水利枢纽工程有限元分析结果1.应力、应变、位移云图通过有限元分析软件的可视化功能，可以得到水利枢纽工程的应力、应变、位移云图。
从云图上可以清楚地看出水利枢纽工程的最大应力、应变和位移的位置和大小。
五、水利枢纽工程有限元分析结论与建议1.分析结论根据上述水利枢纽工程有限元分析结果，可以得出以下结论：（1）该水利枢纽工程的整体应力、应变和位移响应均在可接受范围内，说明该工程的结构设计合理，能够安全运行。
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
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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
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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
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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。
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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。
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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。
《有限元分析概述》课件
PART 05
有限元分析的未来发展与 挑战
新技术与新方法的探索
人工智能与机器学
习
利用人工智能和机器学习技术， 自动构建有限元模型、优化求解 过程和提高分值算法和 求解技术，提高有限元分析的稳 定性和精度。
多物理场耦合
探索多物理场耦合的有限元分析 方法，以解决复杂工程问题中的 多物理场耦合问题。
边界条件的处理
在有限元分析中，边界条件的处理是重要的环节。边界条件通常通过在边界节点上施加约束或加载来实现，以模拟实际系统 的边界条件。
边界条件的处理方式需要根据具体问题进行分析和设定，以确保求解结果的准确性和可靠性。
求解与后处理
求解是有限元分析的核心步骤，涉及到建立方程组、求解方程组并得到离散化模型的结果。常用的求 解方法包括直接法、迭代法和优化算法等。
优化设计
03
根据计算结果，对结构进行优化设计，提高其性能或降低成本
。
PART 04
有限元分析的优缺点
有限元分析的优缺点
• 有限元分析（FEA）是一种数值 分析方法，用于解决各种工程问 题，如结构分析、热传导、流体 动力学等。它通过将复杂的物理 系统离散化为有限数量的简单单 元（或称为“有限元”）来模拟 系统的行为。这些单元通过节点 相互连接，形成一个离散化的模 型，可以用来预测系统的性能和 行为。
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有限元分析概述
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目 录
• 有限元分析简介 • 有限元分析的基本原理 • 有限元分析的实现过程 • 有限元分析的优缺点 • 有限元分析的未来发展与挑战
PART 01
有限元分析简介
定义与背景
磁场有限元分析
电机磁场分析主要关注电机的磁通密度、磁通路径、磁阻、涡流和磁力线分布等参数。通过有限元方 法，可以模拟电机的磁场分布和变化，从而优化电机设计，提高电机的功率密度、效率和使用寿命。
磁悬浮系统分析
总结词
磁悬浮系统分析是磁场有限元分析的重要应用之一，通过分析磁悬浮系统的磁场分布和作用力，可以优化磁悬浮 系统的控制和稳定性。
磁场有限元分析
contents
目录
• 引言 • 磁场有限元分析的基本原理 • 磁场有限元分析的实现过程 • 磁场有限元分析的应用案例 • 磁场有限元分析的挑战与展望 • 参考文献
01 引言
背景介绍
磁场有限元分析是计算电磁场问题的一种数值方法，通过将 连续的磁场分布离散化为有限个小的单元，利用数学模型和 物理定律建立每个单元的方程，然后通过求解这些方程得到 磁场的近似解。
在磁场有限元分析中，复杂的边 界条件（如开域、闭域、周期性 边界等）需要特殊处理，以确保 求解的准确性和可靠性。
材料属性
不同材料的磁导率、磁化强度等 属性可能存在较大的差异，需要 在模型中准确描述，以便更准确 地模拟磁场分布和磁力作用。
多物理场耦合的磁场有限元分析
耦合方式
多物理场耦合的磁场有限元分析需要 考虑磁场与其他物理场（如电场、流 体场等）之间的相互作用和耦合效应， 需要采用适当的耦合方式进行建模和 分析。
结果后处理
结果可视化
将计算结果以图形或图像的形式呈现出来，便 于观察和分析。
结果评估
对计算结果进行评估，判断其准确性和可靠性。
结果优化
根据需要对计算结果进行优化处理，如滤波、平滑等。
04 磁场有限元分析的应用案 例
电机磁场分析
总结词
有限元分析方法的现状
有限元分析方法的现状有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种数值计算方法，通过将连续体分割为有限个小单元，建立节点和单元的数学模型，通过求解这些模型的方程，得到结构或物体在不同工况下的力学行为。
作为一种重要的工程分析方法，有限元分析在结构、流体、热传导、电磁场等领域广泛应用，成为现代工程设计的重要手段。
在有限元分析方法发展的早期，主要应用于工程结构的力学分析，如静力学分析、动力学分析和疲劳分析。
随着计算机技术的快速发展，有限元分析方法得以更广泛地应用于各个工程领域。
现在，有限元分析已经发展成为一个功能强大、应用广泛、领域较为完备的数值分析方法。
1.理论基础的完善：有限元理论是有限元分析的基石，近年来在有限元分析理论方面的研究取得了很大进展。
研究人员提出了各种新的有限元方法和数学模型，如非线性有限元方法、材料非线性模型、多尺度有限元方法等。
这些理论的提出和应用，使得有限元方法能够更加准确地描述和模拟真实工程问题，为工程设计和优化提供了更好的支持。
2.软件工具的发展：有限元分析方法需要进行大量的计算和数据处理，因此需要强大的计算机软件进行辅助。
近年来，有限元分析软件的功能不断提升，用户界面更加友好，求解速度更快，可模拟的问题类型更多。
同时，一些商业软件还提供了数据可视化、结果后处理、优化设计等功能，为工程师提供了全方位的支持和便利。
3.多物理场分析的发展：有限元分析逐渐扩展到多物理场分析领域，如结构-热场、结构-流场、结构-电磁场等多物理场耦合问题。
这种多物理场分析能够更全面地模拟复杂工程问题，为工程师提供更详尽的结果和更准确的设计指导。
4.高性能计算的应用：随着高性能计算技术的发展，有限元分析方法在计算速度和问题规模上有了突破性的进展。
研究人员通过并行计算、分布式计算等手段，能够更快速地进行大规模的有限元分析计算，解决更复杂、更庞大的工程问题。
5.仿真与实验的结合：有限元分析在工程设计中与试验相结合，能够更好地验证和修正数值模型，并提供实验无法获得的信息。
有限元法的发展现状及应用
有限元法的发展现状及应用1. 引言有限元法是一种数值计算方法，广泛应用于工程领域中的结构力学、流体力学、热传导等问题的求解。
它通过将复杂的连续介质问题离散化为有限个简单的子域，然后利用数值方法求解这些子域上的方程，最终得到整个问题的近似解。
自从有限元法在20世纪60年代初被提出以来，它得到了迅猛发展，并在各个领域中得到了广泛应用。
2. 有限元法的发展历程2.1 早期发展有限元法最早是由Courant于1943年提出，并在20世纪50年代由Turner等人进一步发展。
最初，有限元法主要应用于结构力学领域中简单结构的分析计算。
2.2 理论基础完善20世纪60年代以后，随着计算机技术和数值方法理论的进步，有限元法得到了进一步发展。
Galerkin方法、变分原理和能量原理等理论基础被广泛应用于有限元法中，为其提供了坚实的理论基础。
2.3 算法改进和扩展在20世纪70年代和80年代，有限元法的算法得到了进一步改进和扩展。
有限元法的自适应网格技术和自适应加密技术的引入，使得有限元法能够更加高效地处理复杂问题。
同时，有限元法也逐渐扩展到了流体力学、热传导、电磁场等领域。
3. 有限元法在结构力学中的应用3.1 静力分析有限元法在结构力学中最常见的应用是进行静力分析。
通过将结构离散化为有限个单元，然后利用数值方法求解每个单元上的平衡方程，最终得到整个结构的受力情况。
3.2 动力分析除了静力分析外，有限元法还可以进行动态分析。
通过求解结构振动问题，可以得到结构在外部激励下的响应情况。
这对于地震工程、机械振动等领域非常重要。
3.3 疲劳寿命预测疲劳寿命预测是工程中一个重要问题。
通过将材料疲劳损伤模型与有限元方法相结合，可以对材料在复杂载荷下的疲劳寿命进行预测，从而指导工程设计和使用。
4. 有限元法在流体力学中的应用4.1 流体流动分析有限元法在流体力学中的应用主要集中在流体流动分析。
通过将连续介质分割为有限个单元，然后求解每个单元上的Navier-Stokes方程，可以得到整个流场的解。
有限元的发展历史和趋势
有限元的发展历史和趋势摘要1965年，“有限元”这个名词第一次在我国出现,到今天有限元在工程上得到广泛应用,经历了三十多年的发展历史,理论和算法都已经日趋完善。
有限元法(Finite Element Method,简写为FEM)是求解微分方程的一种非常有效的数值计算方法,用这种方法进行波动数值模拟受到越来越多的重视。
有限元法起源于固体力学,并逐步扩展到热传导、计算流体力学、电磁学等不同领域,已经成为数学物理中很重要的数值计算方法。
关键词有限元数值发展趋势前言有限元方法在数值计算方法中具有极为重要的地位，有限元方法在应用中不仅本身具有很大的潜力，而且，结合其它理论和方法还有广阔的发展前景。
1有限元的发展历程有限元法的发展历程可以分为提出(1943)、发展(1944一1960)和完善(1961-二十世纪九十年代)三个阶段。
有限元法是受内外动力的综合作用而产生的。
1943年，柯朗发表的数学论文《平衡和振动问题的变分解法》和阿格瑞斯在工程学中取得的重大突破标志着有限元法的诞生。
有限元法早期(1944一1960)发展阶段中，得出了有限元法的原始代数表达形式，开始了对单元划分、单元类型选择的研究，并且在解的收敛性研究上取得了很大突破。
1960年，克劳夫第一次提出了“有限元法”这个名称，标志着有限元法早期发展阶段的结束。
有限元法完善阶段(1961一二十世纪九十年代)的发展有国外和国内两条线索。
在国外的发展表现为: 第一，建立了严格的数学和工程学基础;第二，应用范围扩展到了结构力学以外的领域;第三，收敛性得到了进一步研究，形成了系统的误差估计理论;第四，发展起了相应的商业软件包。
在国内，我国数学家冯康在特定的环境中独立于西方提出了有限元法。
1965年，他发表论文《基于变分原理的差分格式》，标志着有限元法在我国的诞生。
冯康的这篇文章不但提出了有限元法，而且初步发展了有限元法。
他得出了有限元法在特定条件下的表达式，独创了“冯氏大定理”并且初步证明了有限元法解的收敛性。
有限元模态分析现状与发展趋势_龙英
有限元模态分析现状与发展趋势龙英1，滕召金2，赵福水2（1.湖南现代物流职业技术学院，湖南长沙410131；2.湖南农业大学，湖南长沙410128；3.三一机电技术学校，湖南长沙410131）摘要：模态分析技术开始于20世纪30年代，经过70多年的发展，模态分析已经成为振动工程中一个重要的分支。
最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。
阐述了国内外有限元模态分析现状与发展趋势，并对当今国际上有限元模态分析和软件开发的特征进行了分析。
关键词：有限元；模态分析；发展趋势中图分类号：TH113文献标识码：A 文章编号：1007-8320（2009）04-0027-02The present status and development trends of finite element modal analysisLONG Ying 1，TENG Zhao-jin 2，ZHAO Fu-shui 2（1.Hunan Modern Logisties College ，Changsha ，Hunan 410128，China ；2.Hunan agricultural University ，Changsha ，Hunan 410128，China ；3.Sanyi Electrical and Technical School ，Changsha ，Hunan 410131，China ）Abstract ：Modal analysis began in the 1930’，after 70years of development ，modal analysis of vibration en -gineering has become an important branch.The ultimate goal is to identify the modal parameters of the system ，provide the basis for the vibration characteristics analysis and optimal design structural system ，fault diagnosis and prediction of vibration and dynamic characteristics of the structure.Describing the status quo and develop -ment trend of today ’s international finite element modal ，analyzing characteristics of software development.Key words ：finite element ；modal analysis ；development trend收稿日期：2009-04-12作者简介：龙英（1980-），女，研究方向：机械工程。
有限元分析的发展趋势
有限元分析的发展趋势吴维1965年“有限元”这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得到广泛应用，经历了三十多年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善。
有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。
近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器，国防军工，船舶，铁道，石化，能源，科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面：●增加产品和工程的可靠性；●在产品的设计阶段发现潜在的问题●经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本●缩短产品投向市场的时间●模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费国际上早在60年代初就开始投入大量的人力和物力开发有限元分析程序，但真正的CAE软件是诞生于70年代初期，而近15年则是CAE软件商品化的发展阶段，CAE开发商为满足市场需求和适应计算机硬、软件技术的迅速发展，在大力推销其软件产品的同时，对软件的功能、性能，用户界面和前、后处理能力，都进行了大幅度的改进与扩充。
这就使得目前市场上知名的CAE软件，在功能、性能、易用性﹑可靠性以及对运行环境的适应性方面，基本上满足了用户的当前需求，从而帮助用户解决了成千上万个工程实际问题，同时也为科学技术的发展和工程应用做出了不可磨灭的贡献。
目前流行的CAE分析软件主要有NASTRAN、ADINA 、ANSYS、ABAQUS、MARC、COSMOS等。
MSC-NASTRAN软件因为和NASA的特殊关系，在航空航天领域有着很高的地位，它以最早期的主要用于航空航天方面的线性有限元分析系统为基础，兼并了PDA公司的PATRAN，又在以冲击、接触为特长的DYNA3D的基础上组织开发了DYTRAN。
有限元方法及国内外研究现状(最新整理)
现代机械设计理论与方法有限元方法学院：机械工程学院日期：2012年12月8日目录摘要 (3)关键词 (3)Abstract (3)Key Words (4)1 有限元方法的国内外研究现状及应用实例 (4)1.1 有限元的发展趋势 (4)1.2 有限元的应用实例 (4)2 有限元方法的分析过程 (5)2.1 有限元分析的三个阶段 (5)2.2 有限元分析的七个步骤 (5)2.3 有限元软件的分析过程 (6)3 参考文献 (8)有限元方法摘要：有限元方法法的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
有限元法的基本思想是先化整为零﹑再积零为整，也就是把一个连续体分割成有限个单元；即把一个结构看成由若干通过节点相连的单元组成的整体，先进行单元分析，然后再把这些单元组合起来代表原来的结构进行整体分析。
关键词：有限元方法；单元；节点Finite Element MethodAbstract：The basic concepts of the finite element method is solving complex problems with a simple question instead.The basic idea of the finite element method is dismembered, and then plot the parts into a whole, that is divided a continuum into a finite number of unit; that is to regard a structure as a whole connected by many nodes，first to analysis unit，then analysis the overall combined by these units，which represents the original structure.Key Words：finite element method；unit；node1 有限元方法的国内外研究现状及应用实例“有限单元法”这一名称是克拉夫（Clough）在1960年首先引用的。
有限元法的发展现状及应用
有限元法的发展现状及应用一、本文概述有限元法，作为一种广泛应用于工程和科学领域的数值分析方法，自其诞生以来，已经经历了数十年的发展和完善。
本文旨在全面概述有限元法的发展现状及其在各个领域的应用。
我们将回顾有限元法的基本原理和历史背景，以便读者对其有一个清晰的认识。
接着，我们将重点介绍有限元法在不同领域的应用，包括土木工程、机械工程、航空航天、电子工程等。
我们还将探讨有限元法在发展过程中面临的挑战以及未来的发展趋势。
通过阅读本文，读者将对有限元法的现状和发展趋势有一个全面的了解，并能更好地理解该方法在工程和科学领域的重要性和应用价值。
二、有限元法的基本理论有限元法（Finite Element Method，FEM）是一种数值分析技术，广泛应用于工程和科学问题的求解。
其基本理论可以概括为离散化、单元分析、整体分析和数值求解四个主要步骤。
离散化是将连续的求解域划分为有限个互不重叠且相互连接的单元。
这些单元可以是三角形、四边形、四面体、六面体等，具体形状和大小取决于问题的特性和求解的精度要求。
离散化的过程实际上是将无限维的连续问题转化为有限维的离散问题。
单元分析是有限元法的核心步骤之一。
在单元分析中，首先需要对每个单元选择合适的近似函数（也称为形函数或插值函数）来描述单元内的未知量。
然后，根据问题的物理定律和边界条件，建立每个单元的有限元方程。
这些方程通常包括节点的平衡方程、协调方程和边界条件方程等。
整体分析是将所有单元的有限元方程按照一定的规则（如矩阵叠加法）组合成一个整体的有限元方程组。
这个方程组包含了所有节点的未知量，可以用来求解整个求解域内的未知量分布。
数值求解是有限元法的最后一步。
通过求解整体有限元方程组，可以得到所有节点的未知量值。
然后，利用插值函数，可以计算出整个求解域内的未知量分布。
还可以根据需要对计算结果进行后处理，如绘制云图、生成动画等，以便更直观地展示求解结果。
有限元法的基本理论具有通用性和灵活性，可以应用于各种复杂的工程和科学问题。
有限元分析的发展趋势
有限元分析的发展趋势有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程分析方法，通过将连续物体离散化为有限数量的单元，利用数值计算方法对这些单元进行求解，从而得到整个物体的力学行为。
有限元分析在工程领域得到广泛应用，可以用于摹拟和预测结构的应力、应变、挠度等物理特性，对于产品设计、优化和改进具有重要意义。
随着计算机技术的不断发展和硬件性能的提升，有限元分析在近几十年间取得了显著的发展。
以下是有限元分析的几个发展趋势：1. 多物理场耦合分析：传统的有限元分析主要关注结构的力学行为，而现在的趋势是将多个物理场耦合在一起进行分析，例如结构与热传导、电磁场、流体力学等的耦合分析。
这种耦合分析可以更加真实地摹拟实际工程问题，提高分析结果的准确性。
2. 多尺度分析：传统的有限元分析通常是基于宏观尺度进行建模和分析，而现在的趋势是将宏观尺度与微观尺度相结合，进行多尺度分析。
这种分析方法可以更好地研究材料的细观数学模型和微观结构对宏观性能的影响，为材料设计和优化提供更多的参考依据。
3. 优化设计与拓扑优化：有限元分析可以结合优化算法进行结构的优化设计，通过改变结构的形状、尺寸和材料等参数，使得结构在满足特定约束条件下具有更好的性能。
拓扑优化是一种特殊的优化方法，通过改变结构的拓扑结构，使得结构在满足约束条件的前提下具有最佳的性能。
优化设计和拓扑优化可以提高结构的强度、刚度和减重效果，减少材料和成本的消耗。
4. 高性能计算与云计算：有限元分析需要进行大量的计算和存储，传统的计算机往往无法满足分析的需求。
随着高性能计算技术的发展和云计算的兴起，有限元分析可以利用分布式计算和云计算平台进行大规模的并行计算，提高计算效率和分析能力。
5. 可视化与虚拟现实：有限元分析的结果通常以图表和数值的形式呈现，但对于非专业人士来说，这些结果往往难以理解和解释。
因此，可视化和虚拟现实技术在有限元分析中得到了广泛应用，可以将分析结果以图象、动画和虚拟模型的形式展示出来，使得用户能够更直观地理解和分析结果。
机械臂有限元总结与展望
机械臂有限元总结与展望机械臂是一种能够模拟人类手臂运动的机电一体化装置，具有广泛的应用领域。
有限元分析作为一种常用的工程分析方法，在机械臂的设计和优化中扮演着重要的角色。
以下是对机械臂有限元分析的总结与展望。
总结：1. 结构强度分析：有限元分析可以评估机械臂结构的强度，包括对各个连接结点、臂体以及关节等部件进行应力分析和刚度计算，以确保机械臂在工作负载下不会出现过大的变形和破坏。
2. 运动学和动力学分析：有限元分析可以帮助确定机械臂的运动学和动力学性能，包括关节的扭矩、速度和加速度等参数。
这对于机械臂的精确控制和路径规划非常重要。
3. 模态分析：通过有限元分析，可以获得机械臂的固有频率、振型和模态质量等信息，以评估机械臂结构的稳定性和振动特性，并采取相应的改进措施。
4. 材料选择和优化：有限元分析可以通过对不同材料的力学性能进行模拟和对比，辅助设计人员合理选择材料，以满足机械臂的强度和重量等要求。
此外，有限元分析还可以进行结构的优化设计，以提高机械臂的性能和效率。
展望：1. 多物理场耦合分析：目前的有限元分析主要关注机械力学问题，但随着科技的发展，机械臂的分析问题涉及到多个物理场，如热力学、流体力学等。
未来的研究将更多地关注机械臂的多物理场耦合行为。
2. 精确建模与仿真：精确建模是有限元分析的基础，而对机械臂等复杂结构进行精确建模仍然具有挑战性。
未来的研究将致力于建立更准确、高效的机械臂有限元模型，并进行精确的仿真分析。
3. 智能化和优化设计：随着人工智能和优化算法的不断发展，将其应用于机械臂的有限元分析中，可以实现机械臂的智能化设计和优化。
未来的研究将更多地关注机械臂设计和分析的智能化与自动化。
4. 大数据和云计算行业：随着大数据和云计算技术的快速发展，将其应用于机械臂有限元分析中，可以加速计算速度、提高数据处理能力和模型的准确性。
未来的研究将更多地关注大数据和云计算技术在机械臂分析中的应用。
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有限元分析系统的发展现状与展望v有限元分析系统的发展现状与展望随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造更为快速的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。
这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。
例如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故；分析计算核反应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理；分析涡轮机叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率。
这些都可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式往往是不可能的。
近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。
我国在"九五"计划期间大力推广CAD技术，机械行业大中型企业CAD的普及率从"八五"末的20%提高到目前的70%。
随着企业CAD应用的普及，工程技术人员已逐步甩掉图板，而将主要精力投身如何优化设计，提高工程和产品质量，计算机辅助工程分析（CAE，Computer Aided Engineering）方法和软件将成为关键的技术要素。
在工程实践中，有限元分析软件与CAD系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面：增加设计功能，减少设计成本；•缩短设计和分析的循环周期；•增加产品和工程的可靠性；•采用优化设计，降低材料的消耗或成本；•在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；•模拟各种试验方案，减少试验时间和经费；•进行机械事故分析，查找事故原因。
在大力推广CAD技术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开有限元分析计算，FEA 在工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。
下图是美国旧金山海湾大桥地震响应计算的有限元分析模型。
发展方向及重大进展国际上早20世纪在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。
从那时到现在，世界各地的研究机构和大学也发展了一批规模较小但使用灵活、价格较低的专用或通用有限元分析软件，主要有德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS、美国的ABQUS、ADINA、ANSYS、BERSAFE、BOSOR、COSMOS、ELAS、MARC和STARDYNE等公司的产品。
当今国际上FEA方法和软件发展呈现出以下一些趋势特征：1 从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题有限元分析方法最早是从结构化矩阵分析发展而来，逐步推广到板、壳和实体等连续体固体力学分析，实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。
而且从理论上也已经证明，只要用于离散求解对象的单元足够小，所得的解就可足够逼近于精确值。
所以近年来有限元方法已发展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流和声场等问题的求解计算，最近又发展到求解几个交叉学科的问题。
例如当气流流过一个很高的铁塔产生变形，而塔的变形又反过来影响到气流的流动……这就需要用固体力学和流体动力学的有限元分析结果交叉迭代求解，即所谓"流固耦合"的问题。
2 由求解线性工程问题进展到分析非线性问题随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求。
例如建筑行业中的高层建筑和大跨度悬索桥的出现，就要求考虑结构的大位移和大应变等几何非线性问题；航天和动力工程的高温部件存在热变形和热应力，也要考虑材料的非线性问题；诸如塑料、橡胶和复合材料等各种新材料的出现，仅靠线性计算理论就不足以解决遇到的问题，只有采用非线性有限元算法才能解决。
众所周知，非线性的数值计算是很复杂的，它涉及到很多专门的数学问题和运算技巧，很难为一般工程技术人员所掌握。
为此近年来国外一些公司花费了大量的人力和投资开发诸如MARC、ABQUS和ADINA等专长于求解非线性问题的有限元分析软件，并广泛应用于工程实践。
这些软件的共同特点是具有高效的非线性求解器以及丰富和实用的非线性材料库。
3 增强可视化的前置建模和后置数据处理功能早期有限元分析软件的研究重点在于推导新的高效率求解方法和高精度的单元。
随着数值分析方法的逐步完善，尤其是计算机运算速度的飞速发展，整个计算系统用于求解运算的时间越来越少，而数据准备和运算结果的表现问题却日益突出。
在现在的工程工作站上，求解一个包含10万个方程的有限元模型只需要用几十分钟。
但是如果用手工方式来建立这个模型，然后再处理大量的计算结果则需用几周的时间。
可以毫不夸张地说，工程师在分析计算一个工程问题时有80%以上的精力都花在数据准备和结果分析上。
因此目前几乎所有的商业化有限元程序系统都有功能很强的前置建模和后置数据处理模块。
在强调"可视化"的今天，很多程序都建立了对用户非常友好的GUI（Graphics User Interface）,使用户能以可视图形方式直观快速地进行网格自动划分，生成有限元分析所需数据，并按要求将大量的计算结果整理成变形图、等值分布云图，便于极值搜索和所需数据的列表输出。
4与CAD软件的无缝集成当今有限元分析系统的另一个特点是与通用CAD软件的集成使用即,在用CAD软件完成部件和零件的造型设计后，自动生成有限元网格并进行计算，如果分析的结果不符合设计要求则重新进行造型和计算，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。
今天，工程师可以在集成的CAD和FEA软件环境中快捷地解决一个在以前无法应付的复杂工程分析问题。
所以当今所有的商业化有限元系统商都开发了和著名的CAD软件（例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley和AutoCAD等）的接口。
5 在Wintel平台上的发展早期的有限元分析软件基本上都是在大中型计算机（主要是Mainframe）上开发和运行的，后来又发展到以工程工作站（EWS，Engineering WorkStation）为平台，它们的共同特点都是采用UNIX操作系统。
PC机的出现使计算机的应用发生了根本性的变化，工程师渴望在办公桌上完成复杂工程分析的梦想成为现实。
但是早期的PC机采用16位CPU和DOS操作系统，内存中的公共数据块受到限制，因此当时计算模型的规模不能超过1万阶方程。
Microsoft Windows操作系统和32位的Intel Pentium处理器的推出为将PC机用于有限元分析提供了必需的软件和硬件支撑平台。
因此当前国际上著名的有限元程序研究和发展机构都纷纷将他们的软件移值到Wintel平台上。
下表列出了用ADINA V7.3版在PC机的Windows NT环境和SGI工作站上同时计算4个工程实例所需为了将在大中型计算机和EWS上开发的有限元程序移值到PE机上，常常需要采用Hummingbird公司的一个仿真软件Exceed。
这样做的结果比较麻烦，而且不能充分利用PC机的软硬件资源。
所以最近有些公司，例如IDEAS、ADINA和R&D开始在Windows平台上开发有限元程序，称作"Native Windows"版本，同时还有在PC机上的Linux操作系统环境中开发的有限元程序包。
国内发展情况和前景1979年美国的SAP5线性结构静、动力分析程序向国内引进移植成功，掀起了应用通用有限元程序来分析计算工程问题的高潮。
这个高潮一直持续到1981年ADINA非线性结构分析程序引进，一时间许多一直无法解决的工程难题都迎刃而解了。
大家也都开始认识到有限元分析程序的确是工程师应用计算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. 0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，而应该从下面几方面加以努力：1 研究开发求解非固体力学和交叉学科的FEA程序经过几十年的研究和发展，用于求解固体力学的有限元方法和软件已经比较成熟，现在研究的前沿问题是流体动力学、可压缩和不可压缩流体的流动等非固体力学和交叉学科的问题。
由于国内没有类似功能的商品化软件，所以国外的软件就卖得非常贵。
为了破这种垄断局面，我们必须发展有自主版权、用于分析流体等非固体力学和交叉学科的软件。
因为流体力学问题远比固体复杂得多，而且很少有现成的软件可以借鉴，所以需要投入大量的人力和经费。
这就必须有国家和大型企业集团来支持。
2 开发具有中国特色的自动建模技术和GUI开发建模技术和GUI的投入比前述课题要少得多，但却可以大大提高FEA软件的性能和用户接受程度，从而起到事半功倍的效果。
国内不少人在这方面做了很多工作，但是由于当时PC机上的图形支撑环境有限，所以开发的效果都不甚理想。
Windows中提供了OpenGL图形标准，为在PC机上应用可视化图形技术开发GUI提供了强有力的工具。
OpenGL是当今国际上公认的高性能图形和交互式视景处理标准，应用它开发出来的三维图形软件深受专业技术人员的钟爱，目前世界上占主导地位的计算机公司都采用了这一标准。
正如前面所述，近年来国外有的FEA程序已抛开仿真软件，直接在Windows平台上开发有限元程序。
杭州自动化技术研究院1997-1999年采用OpenGL图形标准和相应的Visual C++等编程工具，在PC机上成功地开发了一套可视化有限元程序包。
它能直观地通过对"菜单"、"窗口"、"对话框"和"图标"等可视图形画面和符号的操作，自动建立有限元分析模型，并以交互方法式实现计算结果的可视化处理，因而可大大提高有限昂分析的效率和精确性，也便于用户学习和掌握。