Úvod
Metoda konečných prvků se zpočátku používá pro výpočet pevnosti konstrukce letadla s rychlým rozvojem a popularitou výpočetní techniky a nyní je metoda konečných prvků široce používána v téměř všechny oblasti vědy a techniky.
Krok
Základní kroky analýzy metodou konečných prvků jsou obvykle:
první krok vpřed. Definujte model řešení založený na skutečných problémech, včetně následujících aspektů:
(1) Definujte geometrickou oblast problému: Přibližte fyzikální vlastnosti a geometrické oblasti domény na základě skutečných problémů.
(2) Definování typu jednotky:
(3) Definice vlastností materiálu jednotky:
(4) Definujte geometrické vlastnosti jednotky, jako je délka, plocha Čekání;
(5) Definování jednotek konektivity:
(6) Definujte základní funkci jednotky;
(7) Definujte okrajové podmínky:
(8) Definujte zatížení.
Část 2 Obecný návrh: Jednotka je obecně zapouzdřena do rovnice celkové matice (kombinační rovnice) celé diskrétní domény. Obecné oblékání se provádí v sousedním uzlu jednotky. V uzlu je ustavena kontinuita stavových proměnných a jejich derivátů (pokud je to možné). Řešení Connection Future Group lze použít přímo, iterativní metodou. Výsledkem je přibližná hodnota stavové proměnné v jednotkovém uzlu.
třetí krok zpracování: Analyzujte a vyhodnoťte relevantní kritéria pro objev. Uživatel následného zpracování může snadno extrahovat informace, aby pochopil výsledky výpočtu.
Základní vlastnosti
Metoda konečných prvků a další metoda řešení okrajového problému Přibližná metoda spočívá v tom, že její aproximace je omezena na relativně malé subdomény. Na počátku 60. let 20. století obraz CLOUGH, který navrhoval strukturální mechaniku počítající koncept konečných prvků, jej zobrazuje jako: „metoda konečných prvků = metoda RAYLEIGH RITZ + funkce fragmentu“, to znamená, že metodou konečných prvků je metoda Rayleigh Ritz. Lokalizace. Na rozdíl od řešení (často obtížného) metody Rayleigh Ritz, která splňuje přípustnou funkci celé okrajové podmínky definiční domény, metoda konečných prvků definuje funkci na jednoduché geometrii (jako je trojúhelníková nebo libovolná kvadráda ve dvourozměrném problému) ( Split funkce) a neuvažuje o komplexních okrajových podmínkách celé definiční oblasti, což je jeden z důvodů, proč jsou metody konečných prvků nadřazeny ostatním přibližným metodám.
Běžný software
Analýza konečných prvků Běžně používaný software konečných prvků má ANSYS, SDRC / I-DEAS atd.
Zahraniční software
Rozsáhlý univerzální podnikový software konečných prvků: Pokud může ANSYS analyzovat multidisciplinární problémy, jako jsou mechanické, elektromagnetické, termodynamické atd.; Software pro analýzu konečných prvků motoru Nastran et al.
Existují také multiPhysics, CREO (Pro \ E), UG, Catia atd. v trojrozměrném konstrukčním návrhu, CREO (PRO \ E), UG, Catia a kol.
Domácí software
Domácí software konečných prvků: FEPG, Scifea, Jifex, Kmas, FELAC atd.
Trend vývoje
Vývoj softwaru CAE na mezinárodním softwaru CAE lze vidět z trendu vývoje analýzy konečných prvků:
1, bezproblémová integrace se softwarem CAD
Jeden z dnešních softwarů pro analýzu konečných prvků Trend vývoje je integrován s obecným CAD softwarem, to znamená, že poté, co návrh CAD softwaru dokončí komponenty a díly, lze model přímo přenést do softwaru CAE k rozdělení a analyzovat výpočet, pokud výsledek není. Návrhové požadavky jsou splněny pro návrh a analýzu až do spokojenosti, čímž se výrazně zlepší úroveň návrhu a účinnost. Aby bylo možné splnit požadavky inženýrů rychle řešících složité projektové problémy, vyvinulo mnoho komerčních softwarů pro analýzu konečných prvků rozhraní se slavným CAD softwarem (jako je Pro/ENGINEER, Unigraphics, SolidEdge, SolidWorks, Ideas, Bentley a AutoCAD atd.) . Některý software CAE využívá modelovací techniky CAD za účelem dosažení bezproblémové integrace softwaru CAD, jako je software Adina, díky technologii modelování entit založené na jádře Parasolid, software CAD s parasolidem (jako Unigraphics, SolidEdge) SolidWorks) Realizujte skutečně bezproblémové dva- způsob výměny dat.
2, výkonnější schopnost zpracování mřížky
Základní proces řešení problému metodou konečných prvků zahrnuje především: analýzu diskrétních, konečných prvků, post-processing tří částí. Vzhledem k tomu, že kvalita mřížky po struktuře přímo ovlivňuje dobu řešení a správnost řešení, vývojáři softwaru zvýšili své investice do zpracování mřížky, čímž se zvýšila kvalita a efektivita generování sítě. Velké zlepšení, ale v některých aspektech se to nezlepšilo. Pokud je k rozdělení modelu použit trojrozměrný objemový model, model se přizpůsobí modelu podle výsledků řešení, kromě individuálního komerčního softwaru většina softwaru Analysis stále tuto funkci nemá. Automatické dělení hexaedrální sítě odkazuje na trojrozměrný model entity, program automaticky rozděluje jednotku šestirozměrné sítě. Většina softwaru dokáže generovat šestirozměrnou jednotku pomocí mapování, tažení, rozmítání atd., ale tyto funkce mohou modelovat pouze jednoduché modely pravidel. Použitelné, pro složité trojrozměrné modely lze použít pouze ke generování čtyřstranné jednotky s automatickou čtyřstěnnou sítí. Pro čtyřstrannou tělesnou jednotku, pokud není použit mezilehlý uzel, dojde k nesprávnému výsledku v mnoha problémech, a pokud mezilehlý uzel způsobí řadu problémů, jako je doba řešení, rychlost konvergence atd., lidé jsou naléhavě doufal, že automaticky Vzhled funkce mřížky. Adaptivní dělení mřížky odkazuje na proces smyčky výpočtu chyby, opětovného dělení mřížky a přepočtu na základě výsledků výpočtu konečných prvků na základě výsledků výpočtu konečných prvků. U mnoha praktických problémů v celém řešení budou některé oblasti modelu silně namáhány, což způsobí zkreslení jednotky, což má za následek, že řešení nelze provést nebo výsledek je nesprávný, a proto je nutné provést automatické opětovné rozdělení sítě. . Adaptivní síť je často nezbytnou podmínkou pro mnoho technických problémů, jako je rozšiřování trhlin, tvarování tenkých desek a další analýzy velkých deformací.
3, od procesu řešení lineárních problémů k řešení nelineárních problémů
S rozvojem vědy a techniky lineární teorie zdaleka nesplňuje požadavky na design, mnoho technických problémů, jako je zničení a porušení materiálů, expanze trhlin atd. Pouze lineární teorií to není možné vyřešit. Je nutné řešit nelineární analýzu. Například tvarování tenkých desek vyžaduje současné zohlednění velkého posunutí, velkého přetvoření (geometrické nelineární) a plasticity (materiál nelineární); Analýza materiálů, jako jsou plasty, pryž, keramika, beton a geotechnické, nebo je třeba vzít v úvahu plasticitu materiálu a nelinearitu materiálu. Jak všichni víme, řešení nelineárních problémů je velmi složité. Nejen, že zahrnuje mnoho specializovaných matematických problémů, ale také musí ovládat určité teoretické znalosti a řešit dovednosti, takže jsou také obtížné. Za tímto účelem některé zahraniční společnosti vynakládají velké množství softwaru pro nelineární analýzu řešení pro lidský a materiálový vývoj, jako je Adina, Abaqus atd. Jejich společným rysem je vysoce účinný nelineární řešič, bohatá a praktická knihovna nelineárních materiálů a Adina má také dvě typy integrace a explicitní.
4, řešící vývoj jediného strukturálního pole k problému vazebního pole
Metoda konečných prvků se používá v leteckém průmyslu, používá se především k řešení problému lineární struktury, praxe dokazuje Je to velmi účinná metoda numerické analýzy. A protože teoreticky se také prokázalo, že výsledné řešení může být přibližně přibližné, pokud je jednotka použitá pro diskrétní řešení dostatečně malá. Metoda konečných prvků a software používaný k řešení strukturního lineárního problému jsou vyspělé, vývojovým směrem je řešení strukturální nelinearity, dynamiky tekutin a vazebného pole. Například je vyžadován problém s teplem způsobený třecími kontakty, problém s teplem způsobený plasticitou během tváření kovu, je vyžadován výsledek analýzy konečných prvků strukturálního pole a teplotního pole, tj. problém "tepelné vazby"; když je tekutina v elutu V toku, tlak tekutiny způsobí deformaci kolena a deformace trubky zase ovlivňuje tok tekutiny, což vyžaduje křížovou iteraci výsledků analýzy konečných prvků pro pole struktury a tok pole, tzv. "průtok pevná spojka "Problém. Vzhledem k tomu, že aplikace konečných prvků je stále hlubší, lidé platí stále složitější a řešení spojovacích polí musí být vývojovým směrem CAE softwaru.
5, program je otevřen pro uživatele
Se zlepšením komercializace vývojáři softwaru splňují potřeby uživatelů, aby rozšířili svůj podíl na trhu, v softwaru, snadno použitelný velký objem investic, ale protože požadavky uživatelů jsou velmi odlišné, bez ohledu na to, co tvrdě pracují, není možné splnit všechny požadavky uživatelů, proto musí být poskytnuto otevřené prostředí, které uživatelům umožňuje používat software podle jejich vlastní skutečné situace. Expanze, včetně uživatelsky definovaných charakteristik jednotek, uživatelem definovaných materiálů (konstitutivní strukturní, horká struktura, fluidní konstitutivní), uživatelem definovaných okrajových podmínek proudění, uživatelem definovaných posouzení strukturálních lomů a zákonů o expanzi trhlin atd.Zaměření na teoretický vývoj konečných prvků, přijetí nejpokročilejší technologie algoritmů, rozšiřování výkonu softwaru, zlepšování výkonu softwaru pro uspokojení rostoucí poptávky uživatelů, je hlavním cílem útoků vývojářů softwaru CAE a jeho produkty pokračují Mít základy trhu, hledat přežití a vývoj .
Analyzujte novou verzi
Vydání konečných prvků Abaqus 6.9
Dasso systém Simulia vydal novou verzi analýzy metodou konečných prvků
---- ---- Abaqus 6.9 Vylepšuje nové funkce v oblasti selhání lomu, výpočtu vysokého výkonu a rozsahu vibrací hluku
19. května 2009, zpráva z Paříže, Francie a Rodd Island, USA ---- Dasper System (DS) (Paris, European Exchange: # 13065,) je přední světová společnost v oblasti 3D řízení životního cyklu produktů (PLM) poskytovatel řešení; dnes oznámila: uvádí na trh Abaqus 6.9, jeho technologický vedoucí soubor Unified finite Element Analysis.
Aby bylo možné vyhodnotit chování reálného světa, produktů a výrobních procesů, návrháři, inženýři a výzkumní pracovníci zařadili aplikace Abaqus do elektroniky, obalů spotřebního zboží, letectví, automobilů, energetiky a biologických věd atd. Široká škála průmyslových odvětví. Tato verze poskytuje důležité nové funkce, jako je selhání lomu, vysoce výkonné výpočty a hluk a vibrace. Kromě toho bude Simulia pokračovat v rozšiřování kapacity produktových sad v oblasti modelování entit, dělení mřížky, kontaktních problémů, materiálů a spojování více polí.
Dodavatel autodílů Donald Senior Engineering Consultant Frank Popielas řekl: "Abychom uspokojili potřeby dnešního rychlého vývoje, hraje důležitou roli časná simulační simulační technologie. Abaqus 6.9 a vysoký výkon Synergie mezi výpočetními clustery nám pomůže minimalizovat jednotkové náklady a udržení nejlepší doby obratu."
Ředitel produktového managementu Daren System Simulia Steve Crowley řekl:" Definice nových funkcí V úzké spolupráci s našimi zákazníky jsme vyvinuli nejvýkonnější software pro analýzu konečných prvků. V jednotném prostředí pro analýzu konečných prvků umožňuje Abaqus 6.9 výrobním společnostem posílit jejich nelineární a lineární proces analýzy.
Publikační zaměření:
Rozšíření konečných prvků (XFEM), implementace a poskytování výkonného nástroje pro simulaci rozšíření trhliny libovolné cesty nezávisle na hranici jednotky. V leteckém průmyslu může XFEM kombinovat další schopnosti Abaqusu k předpovídání trvanlivosti a odolnosti proti poškození letecké kompozitní konstrukce. V energetice může pomoci posoudit pučení a růst trhlin v tlakové nádobě.
Univerzální kontaktní aplikace poskytují zjednodušený a vysoce automatizovaný způsob definování kontaktů v modelu. Tato schopnost poskytuje podstatně efektivní zlepšení v komplexní sestavě modelování, jako jsou převodové systémy, hydraulické válce nebo jiné komponenty, které vyžadují kontakt.
Nová kombinovaná simulační metoda, uživatel může použít implicitní a explicitní řešič Abaqus na jedinou analogovou simulaci, čímž se značně zkrátí doba výpočtu. Automobiloví inženýři mohou například zkombinovat reprezentativní mechanismus modelu vozidla a model skládající se z pneumatik a systémů odpružení, aby vyhodnotili životnost vozidla na nerovných vozovkách.
Technologie Abaqus / CAE poskytuje rychlejší, výkonnější rozdělení mřížky a výkonnou vizualizaci výsledků.
Vylepšený výkon, rozlišení funkce AMS výrazně zlepšilo účinnost lineární dynamiky ve velkém měřítku, jako je analýza hluku a vibrací v automobilech.
Nový model viskózního smyku může simulovat nenewtonskou kapalinu, jako je krev, pojiva, roztavené polymery a další kapaliny ve spotřebních výrobcích a průmyslových aplikacích.
Oblast použití
Se zintenzivněním konkurence na trhu je cyklus aktualizace produktu kratší a potřeba nových technologií je naléhavější a technologie numerické simulace konečných prvků má zlepšit kvalitu produktu. , Zkraťte cyklus návrhu, zlepšujte efektivní prostředky konkurenceschopnosti produktu, takže s rozvojem výpočetní techniky a výpočtů se metodě konečných prvků dostává stále větší pozornosti a aplikace v inženýrském designu a vědeckém výzkumu, stává se řešením. způsob, jak složitý výpočetní problém inženýrské analýzy, od téměř veškerého návrhu a výroby automobilů po kosmická letadla byla oddělena od analýzy konečných prvků, ve strojírenství, zpracování materiálů, letectví, automobilovém průmyslu, civilních budovách, elektronických zařízeních, národní obraně vojenské Široké použití lodí , železnice, petrochemie, energetika a vědecký výzkum umožnily designové skoky v kvalitě.