有限元建模与仿真三

前处理- 定义边界条件
• 自由度边界条件 是最常见的一种边界条件，控制节点的任意自由度状态为Fixed或Free两
者之一；
• 约束方程类边界条件 约束方程； 刚性联接（Rigid Link）； 用来定义物理主体与从体的运动自由度相关性；
• 特殊边界条件： Beam单元端点释放； 流固耦合FSI边界； 势流体边界； 表面张力；
4. 初始条件分为两类：
常规初始条件：
用于确定t＝0时刻初始值，这些 初始值是求解基本方程必须的；缺省 为零；
特殊初始条件：
初始缺陷（求解非线性屈曲问 题）；
V=87.6 m/s
碰撞问题，球体的初始 速度为10m/s,其它参 数初始值为缺省值-零；
前处理- 网格划分
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有限元计算-求解控制
➢ 求解器的选择 ➢ 迭代方法的选择 ➢ 收敛准则的确定 ➢ 时间步长的定义 ➢ 输入输出控制 ➢ 。。。。
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Fitting
基于个性化特征的生物力学评价
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建模软件-mimics
➢ Mimics软件：Mimics是Materialise公司的交互式的医学影像控制系
统，即Materiaise's interactive medical image control system.
有限元建模与仿真（三）
1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有限元建模、分析软件及应用
现代有限元分析系统的组成
2
前处理
几何建模的方法
自下而上(Native)
点、线、面、体
Point、Line、Surface、Volume
3
前处理
4
前处理
➢ 几何建模的方法
➢ 自上而下(parasolid） ➢ 直接定义体或面 ➢ 与其它软件的接口 ➢ Body、Face、Edge
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后处理
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优化设计过程
21
CAD与CAE的交互
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基于个性化特征的生物力学评价
23
基于个性化特征的生物力学评价
Socket Design
Manufacture
Fitting
Assessment No
Yes Delivery
Socket Design
FEA
Assessment No
Yes Manufacture
5
前处理
6
有限元模型
材料属性的定义
单元类型的选择
连接关系的定义
单元网格的划分
边界条件的设置
载荷条件的设置
前处理
7
前处理-定义材料属性
结构材料表
线弹 非线弹 塑性 热本构 蠕变 橡胶/泡沫 粘弹 垫片材料 势流体 岩土 混凝土 多孔介质 用户定义 …
前处理- 定义材料属性
多线性塑性材料(MultiLinear)：
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后处理
1 云图 修改云图颜色 等值线图 Smooth图
2 时间步控制 3 同时显示多个结果图 4 矢量图 5 接触反力和支反力图 6 显示相对位移 （ relative displacement ） 7 节点或时程曲线 8 列表显示结果results 9 极值列表显示 10 合力计算（combination）
前处理- 定义单元类型
单元共分为很多大类，如Truss，IsoBeam，Shell等，每一类都包括低阶或高阶 单元，并可能有不同的算法；单元类型的多少是评价分析软件的重要指标之一
对几何元素划分单元时必须指定一个单元类型，包含这个单元组的一些特性： 材料特性 几何非线性 单元积分点个数 节点自由度 结果输出控制
前处理- 定义边界条件
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前处理- 定义载荷
1. 载荷可以分为两类，一种是标量；一种是矢量，具有方向性，如 集中力force；对于矢量载荷，不但要定义大小，而且需要确定其方 向；
2. 施加载荷前，首先要定义载荷（及其方向），载荷的大小称为 Magnitude。然后选择加载几何元素以及时间函数等参数。缺省的 时间函数为时间函数1；
11 Beam、Truss单元表 12 切面显示cut surface 13 等值面iso surface 14 包络图envelop 15 CFD 功能
流动阻力Drag force 截面流量volume flux 粒子流显示Partical display 质量分数Mass Ratio 16 自定义变量resultant 17 标注文字 18 频域－时域曲线转换 19 过程动画显示
3. 加载主要加载在几何元素上，也可以加载在节点和单元上。加载 在几何元素上的载荷不受网格划分的影响；
4. 分布载荷在加载的同时，用户可以选择使用空间函数，用来描述 载荷随几何体的空间不均匀分布特征；
前处理- 定义载荷
载荷类型： Pressure：压力 Force/ Moment：集中力/力矩 Displacement：位移 Line：线 Centrifual：离心力 mass propotional：质量相关力 Electromagnetic：电磁力 Pipe internal pressure：管单元内压
y
y
随动硬化方式反向加载
各向同性硬化方式反向加载
前处理- 定义几何模型的物理属性
➢ 包括：
定义单元生死特性(几何Line/Edge/Surface/Face/Volume/Body上)； 定义梁单元截面特性（在几何Line/Edge上）； 定义杆单元的截面积、初始应变（或轴力）（在几何Line/Edge上）； 定义复合材料或各向异性材料的材料坐标系(几何Surface/Face/Volume/Body上)； 定义Beam单元的刚性端、铰接端点（在几何Line/Edge上）； 定义质量单元或阻尼单元(几何Line/Edge/Surface/Face上) ；
前处理- 定义初始条件
1. 对于时域瞬态动力分析，必须指定 必要的初始条件才能求解；常用的初始 条件与运动相关，如初始速度；
2. 对于静力问题，求解同样需要初始 条件。但由于过程在伪时间内进行，几 乎不采用运动相关的初始条件，但可以 采用例如初始应力、初始应变等条件；
3. 对于频域动力学分析，不能定义初 始条件；所有涉及特定状态的频域计算 都必须以预应力模态方式处理；
Temperature：温度 Temp. Gradient：温度梯度 Pore flow：孔隙流速 Pore pressure：孔隙压力 Contact slip：一种特殊接触压力算法 Distribute fluid-potential：分布势 Concentrate fluid-potential：集中势