CAE基礎(chǔ)培訓(xùn)1.ppt

2020 3 24 1 目錄 2020 3 24 2 2020 3 24 3 有限元分析的基本概念 有限元分析 FEA FiniteElementAnalysis 的基本概念是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解 它將求解域看成是由許多稱(chēng)為有限元的小的互連子域組成 對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的 較簡(jiǎn)單的 近似解 然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿(mǎn)足條件 如結(jié)構(gòu)的平衡條件 從而得到問(wèn)題的解 這個(gè)解不是準(zhǔn)確解 而是近似解 因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替 由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解 而有限元不僅計(jì)算精度高 而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀 因而成為行之有效的工程分析手段 2020 3 24 4 有限元分析的基本概念 如右圖所示 等截面和變截面的桿件 一端固定 另一端承受載荷 等截面桿件的變形可以根據(jù)公式簡(jiǎn)單得到 變截面的桿件就可以用有限元法進(jìn)行求解 已知彈性模量E 桿長(zhǎng)L 各段橫截面及AK AE L F F 2020 3 24 5 有限元分析的基本概念 2020 3 24 6 有限元分析的基本概念 2020 3 24 7 有限元分析的基本概念 求解器 2020 3 24 8 2020 3 24 9 CAE分析工作的要求 CAE工作并不一定要擁有大量的專(zhuān)業(yè)知識(shí)才能夠開(kāi)展 但工作能力的提高與專(zhuān)業(yè)知識(shí)的掌握程度是息息相關(guān)的 一個(gè)合格的有限元分析工程師應(yīng)具備三方面的技能和經(jīng)驗(yàn)1 理論基礎(chǔ) 包括力學(xué)理論和有限元理論2 必要的程序使用經(jīng)驗(yàn) 對(duì)常用商業(yè)有限元分析程序能熟練應(yīng)用3 工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn) 對(duì)于不同的工程問(wèn)題能夠準(zhǔn)確做出判斷并確定分析方案 2020 3 24 10 CAE分析工作的要求 三方面中 比較容易解決的是程序使用 試用版軟件和程序教程很容易獲得 一般通過(guò)一系列的練習(xí)題就可以掌握程序的使用 做實(shí)際工程問(wèn)題分析的時(shí)候 情況就完全不同了 沒(méi)有人來(lái)指定模型的簡(jiǎn)化 分析的類(lèi)型 邊界條件的確定 以及對(duì)分析結(jié)果的分析和評(píng)價(jià)都要獨(dú)立完成 由于分工的不同 設(shè)計(jì)工程師對(duì)問(wèn)題的提出是模糊的 需要依賴(lài)CAE工程師來(lái)判斷問(wèn)題類(lèi)型 確定是否需要進(jìn)行CAE分析 及如何進(jìn)行分析 2020 3 24 11 CAE分析工作的要求 設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行CAE工作 一方面可以充分發(fā)揮自己在把握設(shè)計(jì)意圖 安排生產(chǎn)加工 故障反饋信息獲取方面的優(yōu)勢(shì) 更準(zhǔn)確的確定分析類(lèi)型 提出分析方法 另一方面也可以在分析工作中 加深對(duì)工程問(wèn)題的理解 提高零件的設(shè)計(jì)水平 知其然也知其所以然 2020 3 24 12 CAE分析工作的要求 一般地 CAE工程師要學(xué)習(xí)的理論知識(shí)包括理論力學(xué)材料力學(xué)機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計(jì)彈塑性力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)有限元方法振動(dòng)與噪聲 案頭常備 內(nèi)燃機(jī)設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 軟件要求 AnsysWorkbenchExcelMicrosoftMath 2020 3 24 13 求解工作對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是黑匣子 我們能做的就是劃分網(wǎng)格和施加邊界條件了 即所謂的前處理工作 由于計(jì)算中單元的剛度矩陣就是由材料的屬性和截面積計(jì)算得來(lái)的 材料屬性由零件本身的材料決定 而截面積的準(zhǔn)確與否 就和網(wǎng)格的劃分息息相關(guān)了 即 劃分網(wǎng)格的過(guò)程就是定義剛度矩陣的過(guò)程 而邊界條件就是定義方程的載荷了 因此 我們?cè)谧鯟AE工作時(shí) 要做的就是盡可能的完美劃分網(wǎng)格 在計(jì)算成本和計(jì)算準(zhǔn)確性之間找到平衡點(diǎn) 得到盡可能準(zhǔn)確的剛度矩陣 并盡可能考慮各種產(chǎn)生作用的載荷 計(jì)算出來(lái) 盡可能貼切的施加到計(jì)算模型上 2020 3 24 14 前處理工作 材料屬性網(wǎng)格劃分 邊界約束載荷施加 2020 3 24 15 前處理工作 關(guān)于單元?jiǎng)澐?過(guò)細(xì)的單元?jiǎng)澐中枰嗟腃PU時(shí)間 過(guò)粗的劃分則會(huì)降低求解的精度 合適的單元?jiǎng)澐蛛S著經(jīng)驗(yàn)的積累 漸漸地就能夠明白了 在工作中 可先劃分較粗的網(wǎng)格 逐漸細(xì)化 直到計(jì)算結(jié)果變化很小 就是合適的單元?jiǎng)澐至?一般在進(jìn)行固有振動(dòng)分析 即使比應(yīng)力分析場(chǎng)合劃分得多少粗一點(diǎn) 也夠了 在以求應(yīng)力分布為著眼的區(qū)域里 單元的長(zhǎng)寬比的推薦范圍為1 1 1 2 在這以外區(qū)域里推薦范圍為可以到1 3為止 在應(yīng)力分布幾乎沒(méi)有變化的區(qū)域里使用的單元 1 10也沒(méi)問(wèn)題 一般地 在ANSYSWORKBENCH中 我們不需要考慮網(wǎng)格的質(zhì)量問(wèn)題 只需要考慮網(wǎng)格的數(shù)量問(wèn)題即可 2020 3 24 16 前處理工作 下表是材料屬性與計(jì)算類(lèi)型的關(guān)系 2020 3 24 17 前處理工作 下表是約束與自由度的關(guān)系 2020 3 24 18 前處理工作 下表是計(jì)算的輸入條件匯總 標(biāo)記為必要的項(xiàng)目 其中的數(shù)字請(qǐng)參照下面所述 x標(biāo)記為沒(méi)必要的項(xiàng)目 必須要有加速度載荷 如想評(píng)價(jià)無(wú)約束 自由自由 狀態(tài) 則不必輸入 2020 3 24 19 2020 3 24 20 后處理工作 左圖為材料應(yīng)力應(yīng)變曲線通常的CAE分析得到的應(yīng)力是確定值 不考慮誤差 但作用在實(shí)際產(chǎn)品上的應(yīng)力是離散分布的 并且在材料的強(qiáng)度方面也是離散分布的 實(shí)際作用的應(yīng)力和材料的拉伸強(qiáng)度的關(guān)系寫(xiě)成模式 則如下圖所示 2020 3 24 21 后處理工作 在變