有限元基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

有限元分析基礎(chǔ)知識(shí)江愛(ài)林一、材料基礎(chǔ)知識(shí)二、CAE基礎(chǔ)知識(shí)一、材料基礎(chǔ)知識(shí)

定義：材料在使用和加工過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的各種不同特性稱為材料的性能。力學(xué)性能：力學(xué)性能是指金屬材料在外力作用下抵抗變形或破壞的能力。如強(qiáng)度、硬度、彈性、塑性、韌性等。這些性能是材料選擇及計(jì)算時(shí)決定許用應(yīng)力的依據(jù)。分類：機(jī)械工程材料的常用性能：使用性能（力學(xué)、物理、化學(xué)）和工藝性能（加工、鑄造、焊接）材料性能強(qiáng)度一般來(lái)講，材料強(qiáng)度僅指材料在達(dá)到允許的變形程度或斷裂前所能承受的最大應(yīng)力。如彈性極限、屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、疲勞極限和蠕變極限等。材料在常溫下的強(qiáng)度指標(biāo)有屈服強(qiáng)度和抗拉（壓）強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度表示材料抵抗開(kāi)始產(chǎn)生大量塑性變形的應(yīng)力?？估瓘?qiáng)度表示材料抵抗外力而不致斷裂的最大應(yīng)力。一、材料基礎(chǔ)知識(shí)

硬度硬度是指固體材料對(duì)外界物體機(jī)械作用（如壓陷、刻劃）的局部抵抗能力。硬度值的大小不僅取決于材料的成分和顯微組織，而且還取決于測(cè)量方法和條件。在工程技術(shù)中應(yīng)用最多的是壓入硬度，常用的指標(biāo)有布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRB、HRC)和維氏硬度(HV)等。HBHRBHV一、材料基礎(chǔ)知識(shí)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大部分金屬的硬度和強(qiáng)度之間有如下近似關(guān)系：低碳鋼σb≈0.36HB

高碳鋼σb≈0.34HB灰鑄鐵σb≈0.1HB因而可用硬度近似地估計(jì)抗拉強(qiáng)度。一、材料基礎(chǔ)知識(shí)

塑性材料的塑性是指材料受力時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)屈服點(diǎn)后，能產(chǎn)生顯著的變形而不立即斷裂的性質(zhì)。延伸率（d）。延伸率主要反映材料均勻變形的能力。它以試件拉斷后，總伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與原始長(zhǎng)度的比值百分率d（%）來(lái)表示。斷面收縮率y。斷面收縮率主要反映材料局部變形的能力。它以試件拉斷后，斷面縮小的面積與原始截面面積比值的百分率y（%）來(lái)表示。一、材料基礎(chǔ)知識(shí)

彈性模量E。是衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標(biāo)。主要決定于材料的本身，是金屬材料最穩(wěn)定的性能之一，合金化、熱處理、冷熱加工對(duì)它的影響很小。在室溫下，鋼的彈性模量E大都在190～220GPa之間。彈性模量隨溫度的升高而逐漸降低。泊松比。橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變之比值稱為泊松比。也叫橫向變性系數(shù)，它是反映材料橫向變形的彈性常數(shù)。各向同性與各向異性。彈性模量、泊松比一、材料基礎(chǔ)知識(shí)

應(yīng)力集中與應(yīng)力集中系數(shù)材料會(huì)由于截面尺寸改變而引起應(yīng)力的局部增大，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。實(shí)際應(yīng)力與名義應(yīng)力的比值。一、材料基礎(chǔ)知識(shí)

表面存強(qiáng)化包括文：①范機(jī)械贏方法稻：噴切丸及輥壓等園；②匙化學(xué)局方法惱：滲笑碳及件氮化礦等；臟③熱振處理求，如浮高頻斤淬火途等。表面軟強(qiáng)化互系數(shù)繭。強(qiáng)壟化的睡試樣飽疲勞賺極限/未強(qiáng)拒化的壇試樣蹦疲勞卻極限超。一開(kāi)般鋼權(quán)試樣銷的強(qiáng)昂化系額數(shù)位喉于1.領(lǐng)1~鼓2.儀0之間棍，但嘴鍍鉻宮等工放藝后遇只有0.瞞5~蹄0.稼7.一、材料厘基礎(chǔ)噴知識(shí)疲勞宰破壞所謂“疲勞絨破壞”是指部金屬魄材料嗎在小立于屈右服強(qiáng)最度極浸限的濕循環(huán)愿載荷玻長(zhǎng)期黎作用阻下發(fā)械生破孤壞的蘆現(xiàn)象罩。無(wú)論勤在靜翅載荷擴(kuò)下顯針示脆臺(tái)性或扁韌性假的材覆料，碎在疲菊勞斷勿裂時(shí)胸，都通不產(chǎn)夸生明糕顯的腔塑性次變形摧，斷曲裂是畝突然章發(fā)生死的，喪因此槳具有注很大村的危猶險(xiǎn)性英，常紀(jì)常造野成嚴(yán)窮重的奧事故忘。金屬鋒材料妨在循甚環(huán)應(yīng)罩力下貼，經(jīng)溫受無(wú)激限次拋循環(huán)小而不患發(fā)生時(shí)破壞胳的最膨大應(yīng)昂力稱誦為“疲勞究強(qiáng)度”。對(duì)浙于一浩般鋼滅材，調(diào)以席～墨次明不被靜破壞翼的應(yīng)勇力，己作為煙疲勞慶強(qiáng)度牙。一、材料孔基礎(chǔ)痕知識(shí)疲勞視斷裂胳特點(diǎn)金屬叔材料爭(zhēng)疲勞衰斷裂撲的特田點(diǎn)是央：（1）載潮荷應(yīng)稍力是排交變渡的；（2）載拆荷的物作用晶時(shí)間箏較長(zhǎng)族；（3）斷坦裂是說(shuō)瞬時(shí)編發(fā)生旗的；（4）無(wú)蟲(chóng)論是水塑性怪材料虎還是芬脆性局材料申，在蓄疲勞臭斷裂醫(yī)區(qū)都擾是脆戚性的會(huì)。所以酸，疲洲勞斷瓣裂是歐工程辱上最伸常見(jiàn)陷、最襲危險(xiǎn)買的斷修裂形職式。一、材料孩基礎(chǔ)嘴知識(shí)疲勞唉斷裂娘分類（1）高套周疲聞勞：化低應(yīng)醫(yī)力，諒高循逼環(huán)周田數(shù)。距它是鬼最常餐見(jiàn)的彈一種血疲勞篇破壞穴。高竄周疲嫌勞一基般簡(jiǎn)挽稱為膝疲勞化。（2）低央周疲經(jīng)勞：趨高應(yīng)縣力，拉低循貴環(huán)周顆數(shù)。測(cè)由于苗交變拜的塑誘性應(yīng)妖變?cè)谛н@種瘡疲勞享破壞賣中起早主要齊作用目，因慨而也灣稱為嫩塑性雪疲勞燙或應(yīng)蘇變疲打勞。（3）熱患疲勞冶；（4）腐址蝕疲茂勞；（5）接臉觸疲轎勞；一、材料梅基礎(chǔ)賴知識(shí)對(duì)稱噴應(yīng)力春疲勞段極限一、材料蛛基礎(chǔ)病知識(shí)脈動(dòng)攏應(yīng)力臨疲勞村極限一、材料坡基礎(chǔ)箱知識(shí)1、什躁么是瘋有限垃元？有限磨元分春析，由英文乳說(shuō)法眾：fi文ni廢te岡e挎le膝me禍nt魄a掘na娘ly鎖si夠s，簡(jiǎn)白稱FE匹A，定淘義為油：將換一個(gè)挎連續(xù)負(fù)系統(tǒng)墳（物塵體）萄分隔獄成有擴(kuò)限個(gè)這單元交，對(duì)誦每一來(lái)個(gè)單談元給習(xí)出一輝個(gè)近首似解望，再繳將所慌有單觀元按誓照一活定的濟(jì)方式翠進(jìn)行短組合挨，來(lái)消模擬請(qǐng)或者新逼近渠原來(lái)睛的系勻統(tǒng)或速物體器，從喉而將喝一個(gè)蓋連續(xù)千的無(wú)臟限自放由度鏡問(wèn)題疼簡(jiǎn)化攀成一子個(gè)離紙散的律有限咐自由零度問(wèn)麻題分迎析求煙解的藥一種拒數(shù)值襖分析科方法仍。2.力學(xué)田基礎(chǔ)其主亦要力擔(dān)學(xué)基去礎(chǔ)是斜彈性伴力學(xué)伸，處急理對(duì)模象為復(fù)任意停變形汁體。二、CA原E基礎(chǔ)素知識(shí)一、愿有限京元的律概念連續(xù)崗性假絞設(shè)：凱亦即俗物體萬(wàn)整個(gè)節(jié)體積鼓內(nèi)部嚇被組串成這崖種物槍體的君介質(zhì)巖填滿逗，不記留任墊何空控隙。如這樣訪，物孩體內(nèi)雷的一去些物貢理量斧，如今應(yīng)力咐、應(yīng)旁變、折位移量等等高才可與以用泄坐標(biāo)彩的連附續(xù)函鹿數(shù)來(lái)寧表示遍。均勻廢性假飽設(shè)：蘆也就幼是說(shuō)撕整個(gè)房誠(chéng)物體除是由謎同一蓄種材肉料組庫(kù)成的介。這始樣，溪整個(gè)旅物體囑的所束有各毛部分誕才具修有相匹同的喇物理仰性質(zhì)鬼，因班而物社體的鄰彈性偵常數(shù)(彈性摧模量薯和波槽桑系承數(shù))才不棵隨位倒置坐君標(biāo)而柜變。各向生同性款假設(shè)淹：認(rèn)司為無(wú)絕論沿穗任何據(jù)方向曉，固偵體的客力學(xué)士性能塊都是襪相同怕的變形主固體塊的基膠本假特設(shè)二、CA法E基礎(chǔ)媽知識(shí)St賞ep格式縮慧。產(chǎn)軋品模回型數(shù)蛋據(jù)交魄換標(biāo)毫準(zhǔn)格候式。.i放gs格式謝。是ca挺d文件鑄的一卷種通狼用格菊式主扣要用犬于不齡同三狡維軟損件系驅(qū)統(tǒng)的窮文件勻轉(zhuǎn)換魯。Pa利ra犁so瞧li別d（x_忽t）格太式鞠。是甲一個(gè)喂嚴(yán)格視的邊女界表兄示的屢實(shí)體伐建模隔模塊碰。二、CA利E基礎(chǔ)適知識(shí)文件地格式真實(shí)肌系統(tǒng)有限御元模認(rèn)型有限牌元模啞型是真燃實(shí)系私統(tǒng)理島想化尼的數(shù)差學(xué)抽推象二、CA晝E基礎(chǔ)紗知識(shí)有限絲式元模莊型自由歪度（DO衛(wèi)Fs）二、CA先E基礎(chǔ)正知識(shí)節(jié)點(diǎn)免和單梳元二、CA撓E基礎(chǔ)桶知識(shí)節(jié)點(diǎn)稠和單秩元有限授元模艦型由兄一些住簡(jiǎn)單妥形狀出的單但元組曉成，解單元閣間通吧過(guò)節(jié)兩點(diǎn)連嗽接，神并承營(yíng)受一德定載結(jié)荷節(jié)點(diǎn):空間中的坐標(biāo)位置，具有一定自由度和存在相互物理作用單元:一組節(jié)點(diǎn)自由度間相互作用的數(shù)值矩陣描述（稱剛度或系數(shù)矩陣)

單元有線、面和實(shí)體或一維、二維或三維的單元等種類載荷約束白：就是射消滅懷自由勵(lì)度！飛？節(jié)點(diǎn)修和單驗(yàn)元二、CA廁E基礎(chǔ)凱知識(shí)節(jié)點(diǎn)悠和單記元二、CA含E基礎(chǔ)耳知識(shí)有限位單元童法特程點(diǎn)二、CA匠E基礎(chǔ)守知識(shí)二、CA液E基礎(chǔ)浙知識(shí)有限腎元求著解問(wèn)不題的玩基本隙步驟定義寸求解胃域求解阿域離伙散化單元圈推導(dǎo)等效脾節(jié)點(diǎn)易載荷挽計(jì)算總裝山求解聯(lián)立晴方程德組求格解和匠結(jié)果媽解釋根據(jù)盡實(shí)際逐問(wèn)題御近似犁確定干求解及域的誤物理守性質(zhì)孩和幾籌何區(qū)捆域?qū)⒎钟盐鰧?duì)很象按據(jù)一定狗的規(guī)室則劃彼分成抱有限貴個(gè)具甜有不右同大凡小和雞形狀潛單元粗體的祝集合術(shù)，相哄鄰單杜元在義節(jié)點(diǎn)您處連膛接，幟單元鬧之間爪的載今荷也挑僅由登節(jié)點(diǎn)趁來(lái)傳騎遞，侍習(xí)慣灰稱有限稱元網(wǎng)收格劃蹲分二、CA今E基礎(chǔ)錦知識(shí)有限與元求膽解問(wèn)美題的腔基本光步驟定義之求解潮域求解降域離業(yè)散化單元豬推導(dǎo)等效運(yùn)節(jié)點(diǎn)然載荷醬計(jì)算總裝圣求解聯(lián)立碰方程立組求腎解和夸結(jié)果蠢解釋結(jié)構(gòu)畫(huà)離散傲完成旗后，說(shuō)對(duì)單丸元進(jìn)渡行特膠性分巨析，萍建立祝各單汗元節(jié)欄點(diǎn)位過(guò)移與箭節(jié)點(diǎn)齡力之卡間的兇關(guān)系肢，求股出單森元的剛度長(zhǎng)矩陣桿系抵結(jié)構(gòu)糟，其鼓單元膠為桿晴或梁趨，這辦些單鉤元的詞剛度端矩陣詠可以佛用結(jié)鞋構(gòu)力姻學(xué)或廣材料譽(yù)力學(xué)腥的方捉法求崗得。樹(shù)連續(xù)乓體求旺單元寫(xiě)的剛涂度矩苦陣，深必須鄉(xiāng)豐先假墳定單禿元內(nèi)李的位膀移分皮布，傳再用厚彈性瓣力學(xué)龍中的泛幾何楚方程王來(lái)建綠立應(yīng)億變與團(tuán)單元謠上節(jié)塞點(diǎn)位驗(yàn)移的廚關(guān)系最后搖用物豬理方遺程和姐虛功外原理訪建立吵節(jié)點(diǎn)跌力與貪節(jié)點(diǎn)歪位移掀的關(guān)劫系，緒即剛度局方程二、CA其E基礎(chǔ)蝦知識(shí)有限念元求堵解問(wèn)濾題的處基本刃步驟定義撫求解灘域求解鄭域離曾散化單元堂推導(dǎo)等效救節(jié)點(diǎn)度載荷螺計(jì)算總裝天求解聯(lián)立袍方程誕組求夫解和尺結(jié)果語(yǔ)解釋結(jié)構(gòu)枕被離喂散化輛后，餅單元喝與單迅元之恰間僅將通過(guò)惡節(jié)點(diǎn)剖發(fā)生殼內(nèi)力掠的傳歲遞，限結(jié)構(gòu)坡與外篇界也勺是通有過(guò)節(jié)會(huì)點(diǎn)發(fā)勺生聯(lián)朋系作用德在單怨元邊售界上銷的表繞面力本、作挎用在嗚單元史內(nèi)的牙體積街力和肥集中冠力等全，都龍必須等效準(zhǔn)移置到單扛元節(jié)痕點(diǎn)上揚(yáng)去，品化為動(dòng)相應(yīng)影的單棕元等蓬效節(jié)醫(yī)點(diǎn)載脊荷二、CA程E基礎(chǔ)賞知識(shí)有限腳元求牧解問(wèn)膛題的致基本缸步驟定義男求解擠域求解僑域離熄散化單元烈推導(dǎo)等效播節(jié)點(diǎn)行載荷郊計(jì)算總裝口求解聯(lián)立兔方程明組求弊解和痛結(jié)果有解釋將單嗚元總傲裝形自成離季散域洲的總矩投陣方礙程（聯(lián)叔合方搞程組塊）（1）由各王單元繼剛度嗚矩陣眨組集債成整屆體結(jié)種構(gòu)的嗎總剛襯度矩直陣（2）將作重用于候各單烘元的徒節(jié)點(diǎn)棟載荷煩矩陣曬組集耳成總?cè)妮d來(lái)荷列自陣求得厘整體棚坐標(biāo)慮系下晨各單骨元?jiǎng)傉彾染嘏尻嚭笾耄稍焊鶕?jù)隙結(jié)構(gòu)補(bǔ)上各匙節(jié)點(diǎn)駝的力恒平衡挎條件季組集磚求得提結(jié)構(gòu)隱的整并體剛旁度方檢程二、CA存E基礎(chǔ)植知識(shí)有限陸元求咬解問(wèn)駝?lì)}的具基本陰步驟定義澇求解制域求解兩域離侄散化單元知推導(dǎo)等效守節(jié)點(diǎn)慮載荷骨計(jì)算總裝珍求解聯(lián)立煮方程留組求億解和扛結(jié)果涉解釋整體面剛度綱方程竿只反柱映了旬物體洽內(nèi)部胞關(guān)系簡(jiǎn)，并繳未反匹映物疾體與昆邊界醫(yī)支承嚴(yán)等的壯關(guān)系未引留入約大束條胳件之縱前，挖彈性疑體在吊力的唇作用蔥下雖團(tuán)處于纏平衡俱，但享仍可耳作剛店體位冤移，抵整體窮剛度拜矩陣膏是奇撥異的蔥，即嗎解不乖唯一為求伴得節(jié)擾點(diǎn)位格移的軌唯一接解，嘴須根外據(jù)結(jié)蔥構(gòu)與棉外界榴支承扭的關(guān)榮系引聚入邊霉界條矩件，您消除學(xué)剛度怒矩陣布的奇鏈異性敲，使彈方程焰得以丘求解東，進(jìn)蹤蝶而將袖求出歪的節(jié)強(qiáng)點(diǎn)位枯移代雨入各此單元傍的物息理方茫程，倍求得霞各單精元的菜應(yīng)力求解援結(jié)果盛是單撐元結(jié)呆點(diǎn)處缸狀態(tài)暖變量僵的近融似值時(shí)。計(jì)鬼算結(jié)復(fù)果的煮質(zhì)量覽，將餓通過(guò)補(bǔ)與設(shè)秋計(jì)準(zhǔn)槐則提未供的聯(lián)允許察值比合較評(píng)絲式價(jià)，降并確捎定是解否需稼要重禿復(fù)計(jì)暢算二、CA熄E基礎(chǔ)參知識(shí)有限躲元求巡壽解問(wèn)抹題的衣基本狀步驟定義吧求解陡域求解害域離判散化單元巴推導(dǎo)等效辨節(jié)點(diǎn)覽載荷瘦計(jì)算總裝咱求解聯(lián)立蒜方程姑組求浪解和鄙結(jié)果瞧解釋有限旋元結(jié)驚構(gòu)分宰析過(guò)店程開(kāi)始物理特性分析按工作情況進(jìn)行邊界條件處理形成載荷矩陣求解剛度矩陣形成整體剛度矩陣建立單元?jiǎng)偠染仃噯卧愋头治鰡卧獎(jiǎng)澐?，單元、?jié)點(diǎn)編號(hào)，輸入原始數(shù)