Johdanto
Elementtimenetelmää sovellettiin aluksi lentokoneen rakenteellisen lujuuslaskelman yhteydessä tietotekniikan nopean kehityksen ja suosion myötä, ja nyt elementtimenetelmää on käytetty laajalti mm. lähes kaikki tieteen ja teknologian alat.
Vaihe
Elementtianalyysin perusvaiheet ovat yleensä:
ensimmäinen askel eteenpäin. Määrittele ratkaisumalli todellisten ongelmien perusteella, mukaan lukien seuraavat näkökohdat:
(1) Määrittele ongelman geometrinen alue: Arvioi alueen fyysiset ominaisuudet ja geometriset alueet todellisten asioiden perusteella.
(2) Yksikkötyypin määrittely:
(3) Määritelmäyksikön materiaalin ominaisuudet:
(4) Määritä yksikön geometriset ominaisuudet, kuten pituus, pinta-ala Odottaa;
(5) Yhteyden yksiköiden määrittely:
(6) Määritä yksikön perustoiminto;
(7) Määritä reunaehdot:
(8) Määritä kuorma.
Osa 2 Yleinen rakenne: Yksikkö on yleensä kapseloitu koko diskreetin alueen kokonaismatriisiyhtälöön (yhdistelmäyhtälöön). Yleinen pukeutuminen suoritetaan viereisessä yksikkösolmussa. Tilamuuttujien ja niiden johdannaisten (jos mahdollista) jatkuvuus muodostetaan solmussa. Connection Future Groupin ratkaisua voidaan käyttää suoraan, iteratiivisesti. Tuloksena on yksikkösolmun tilamuuttujan likimääräinen arvo.
Kolmas vaihe käsittely: Analysoi ja arvioi löydön olennaiset kriteerit. Jälkikäsittelyn käyttäjä voi helposti poimia tietoja ymmärtääkseen laskentatulokset.
Perusominaisuudet
Elementtimenetelmä ja muu tapa ratkaista raja-arvoongelma Likimääräinen menetelmä on, että sen approksimaatio rajoittuu suhteellisen pieniin alialueisiin. 1960-luvun alussa CLOUGHin kuva, joka ehdotti rakennemekaniikkaa laskevan elementtikonseptia, kuvaa sitä seuraavasti: "äärellisten elementtien menetelmä = RAYLEIGH RITZ -menetelmä + fragmenttifunktio", eli elementtimenetelmä on Rayleigh Ritz -menetelmä. Lokalisointi. Toisin kuin ratkaisu (usein vaikea) Rayleigh Ritz -menetelmä, joka täyttää koko määritelmäalueen rajaehdon sallitun funktion, elementtimenetelmä määrittelee funktion yksinkertaisella geometrialla (kuten kolmiomaisella tai mielivaltaisella kvadraadilla kaksiulotteisessa tehtävässä) ( Split funktiot) eikä ota huomioon koko määritelmäalueen monimutkaisia reunaehtoja, mikä on yksi syy siihen, miksi elementtimenetelmät ovat muita likimääräisiä menetelmiä parempia.
Yleiset ohjelmistot
Elementtianalyysi Yleisesti käytetyssä elementtiohjelmistossa on ANSYS, SDRC / I-DEAS jne.
Ulkomaiset ohjelmistot
Laajamittainen universaali äärelliselementtiyritysohjelmisto: jos ANSYS pystyy analysoimaan monialaisia kysymyksiä, kuten mekaanisia, sähkömagneettisia, termodynamiikkaa jne.; Moottorin elementtianalyysiohjelmisto Nastran et al.
Kolmiulotteisessa rakennesuunnittelussa on myös multiPhysics, CREO (Pro \ E), UG, Catia jne., CREO (PRO \ E), UG, Catia et al.
Kotimaiset ohjelmistot
Kotimaiset elementtiohjelmistot: FEPG, Scifea, Jifex, Kmas, FELAC jne.
Kehitystrendi
CAE-ohjelmiston kehitys kansainvälisellä CAE-ohjelmistolla näkyy elementtianalyysin kehitystrendistä:
1, saumaton integrointi CAD-ohjelmistoon
Yksi tämän päivän elementtianalyysiohjelmistoista Kehityssuunta on integroitu yleiseen CAD-ohjelmistoon, eli CAD-ohjelmiston suunnittelun jälkeen komponentit ja osat on saatu valmiiksi, malli voidaan siirtää suoraan CAE-ohjelmistoon jaettavaksi ja analysoida laskentaa, jos tulos ei ole Suunnitteluvaatimukset täyttyvät suunnitella ja analysoida tyytyväisyyteen asti, mikä parantaa huomattavasti suunnittelun tasoa ja tehokkuutta. Täyttääkseen monimutkaisia projektiongelmia nopeasti ratkaisevien insinöörien vaatimukset monet kaupalliset elementtianalyysiohjelmistot ovat kehittäneet rajapintoja kuuluisiin CAD-ohjelmistoihin (kuten Pro / ENGINEER, Unigraphics, SolidEdge, SolidWorks, Ideas, Bentley ja AutoCAD jne.) . Jotkin CAE-ohjelmistot käyttävät CAD-mallinnustekniikoita CAD-ohjelmistojen, kuten Adina-ohjelmiston, saumattoman integroinnin saavuttamiseksi Parasolid-ytimeen perustuvan kokonaisuuden mallinnustekniikan, CAD-ohjelmiston ja parasolidin (kuten Unigraphics, SolidEdge) SolidWorksin ansiosta. Toteuta todella saumaton kaksi tiedonvaihdon tapa.
2, tehokkaampi ruudukon käsittelykyky
Elementtimenetelmän ongelman ratkaisun perusprosessi sisältää pääosin: diskreetin, elementtiratkaisun analysoinnin, kolmen osan jälkikäsittelyn. Koska rakenteen jälkeinen ruudukon laatu vaikuttaa suoraan ratkaisuaikaan ja ratkaisun oikeellisuuteen, ohjelmistokehittäjät ovat lisänneet panostuksiaan grid-käsittelyyn, mikä tekee mesh-tuotannon laadusta ja tehokkuudesta. Suuri parannus, mutta joissain asioissa se ei ole parantunut. Jos mallin jakamiseen käytetään kolmiulotteista solid-mallia, malli on mukautuva malliin ratkaisutulosten mukaan, lukuun ottamatta yksittäisiä kaupallisia ohjelmistoja, useimmissa analyysiohjelmistoissa ei vieläkään ole tätä ominaisuutta. Automaattinen kuusiulotteinen verkkojako viittaa kolmiulotteiseen kokonaisuusmalliin, joka jakaa automaattisesti kuusiulotteisen verkkoyksikön. Useimmat ohjelmistot voivat luoda kuusiulotteisen yksikön käyttämällä kartoitusta, vetämistä, pyyhkäisyä jne., mutta nämä toiminnot voivat mallintaa vain yksinkertaisia sääntömalleja. Soveltuu, monimutkaisille kolmiulotteisille malleille voidaan käyttää vain nelisivuisen yksikköyksikön luomiseen automaattisella tetraedrisellä verkolla. Nelipuolisen runkoyksikön tapauksessa, jos välisolmua ei käytetä, virheellinen tulos ilmenee monissa ongelmissa, ja jos välisolmu aiheuttaa sarjan ongelmia, kuten ratkaisuaikaa, lähentymisnopeutta jne., ihmiset ovat kiireellisiä. toivoi automaattisesti Ulkonäkö ruudukon toiminto. Mukautuva ruudukkojako tarkoittaa silmukkaprosessia, jossa lasketaan virhe, jaetaan ruudukko uudelleen ja lasketaan uudelleen elementtilaskentatulosten perusteella, jotka perustuvat elementtilaskentatuloksiin. Monissa käytännön ongelmissa koko ratkaisussa mallin joillakin alueilla on suuri jännitys, joka aiheuttaa yksikkövääristymiä, jolloin ratkaisua ei voida tehdä tai tulos on virheellinen, ja siksi verkkojen automaattinen uudelleenjako on suoritettava . Mukautuva verkko on usein välttämätön edellytys monissa teknisissä ongelmissa, kuten halkeamien laajenemisessa, ohuiden levyjen muodostuksessa ja muissa suurissa venymäanalyyseissä.
3, lineaaristen ongelmien ratkaisuprosessista epälineaaristen ongelmien ratkaisemiseksi
Tieteen ja tekniikan kehittyessä lineaarinen teoria on kaukana suunnittelun vaatimuksista, monista teknisistä kysymyksistä, kuten materiaalien tuhoutumisesta ja rikkoutumisesta, halkeamien laajenemisesta jne. Vain lineaarisen teorian avulla sitä ei voida ratkaista. On tarpeen ratkaista epälineaarinen analyysi. Esimerkiksi ohutlevyn muovaus vaatii samanaikaisesti suuren siirtymän, suuren venymän (geometrinen epälineaarinen) ja plastisuuden (materiaalin epälineaarinen) huomioon ottamista; Muovien, kumin, keramiikan, betonin ja geoteknisten materiaalien analyysi tai tarve ottaa huomioon materiaalin plastisuus ja materiaalin epälineaarisuus. Kuten me kaikki tiedämme, ratkaisu epälineaarisiin ongelmiin on hyvin monimutkainen. Siihen ei liity vain monia erikoistuneita matemaattisia ongelmia, vaan sen on myös hallittava tietyt teoreettiset tiedot ja ratkaistava taidot, joten ne ovat myös vaikeita. Tätä varten jotkut ulkomaiset yritykset käyttävät suuren määrän ihmisen ja materiaalin kehittämiseen tarkoitettuja epälineaaristen ratkaisujen analysointiohjelmistoja, kuten Adina, Abaqus jne. Niiden yhteinen piirre on erittäin tehokas epälineaarinen ratkaisija, rikas ja käytännöllinen epälineaarinen materiaalikirjasto, ja Adinalla on myös kaksi integraatiotyypit ja eksplisiittiset.
4, ratkaisemalla yhden rakennekentän kehittämisen kytkentäkenttäongelmaan
Elementtianalyysimenetelmää käytetään ilmailualalla, pääasiassa lineaarisen rakenteen ongelman ratkaisemiseen, käytännössä todistaa Se on erittäin tehokas numeerinen analyysimenetelmä. Ja koska teoriassa on myös todistettu, että tuloksena oleva ratkaisu voi olla likimääräinen, kunhan diskreettiratkaisuun käytetty yksikkö on riittävän pieni. Rakenteellisen lineaarisen ongelman ratkaisemiseen käytetty elementtimenetelmä ja ohjelmisto ovat olleet kypsiä, kehityssuunta on rakenteellisen epälineaarisuuden, virtausdynamiikan ja kytkentäkentän ratkaisu. Vaaditaan esimerkiksi kitkakoskettimien aiheuttama lämpöongelma, metallin muovauksen plastisuuden aiheuttama lämpöongelma, rakennekentän ja lämpötilakentän elementtianalyysitulos, eli "lämpökytkinnän" ongelma; kun neste on elutissa Virtauksessa nesteen paine saa mutkan muodonmuutoksen ja putken muodonmuutos puolestaan vaikuttaa nesteen virtaukseen, mikä edellyttää elementtianalyysitulosten ristiin iterointia rakennekentän ja virtauksen osalta. kenttä, niin sanottu "virtaus kiinteä kytkentä "Ongelma. Koska elementtien soveltaminen syvenee, ihmiset maksavat yhä monimutkaisemmin ja kytkentäkenttien ratkaisun tulee olla CAE-ohjelmiston kehityssuunta.
5, ohjelma on avoin käyttäjän avoimuudelle
Kaupallistamisen parantuessa ohjelmistokehittäjät vastaavat käyttäjien tarpeisiin kasvattaakseen markkinaosuuttaan, ohjelmistoissa, Helppo käyttää suuria investointeja, mutta koska käyttäjien vaatimukset ovat hyvin erilaisia, riippumatta siitä, mitä he työskentelevät, Kaikkia käyttäjien vaatimuksia ei voida täyttää, joten on annettava avoin ympäristö, jossa käyttäjät voivat suorittaa ohjelmistoja oman todellisen tilanteensa mukaan. Laajentaminen, mukaan lukien käyttäjän määrittämät yksikön ominaisuudet, käyttäjän määrittämät materiaalit (rakenneosa, kuuma rakenne, nestemäinen rakenne), käyttäjän määrittämät suoratoiston rajaehdot, käyttäjän määrittelemät rakenteelliset murtumispäätökset ja halkeamien laajenemislakit jne.Keskity äärellisten elementtien teoreettinen kehitys, edistyneimmän algoritmitekniikan käyttöönotto, ohjelmistojen suorituskyvyn laajentaminen, ohjelmistojen suorituskyvyn parantaminen vastaamaan käyttäjien kasvavaan kysyntään, on CAE-ohjelmistokehittäjien tärkein hyökkäyskohde, ja sen tuotteet jatkuvat. .
Analysoi uusi versio
Abaqus 6.9 -elementtijulkaisu
Dasso-järjestelmä Simulia julkaisi elementtianalyysin uuden version
---- ---- Abaqus 6.9 lisää uusia ominaisuuksia murtumavaurioissa, korkean suorituskyvyn laskennassa ja meluvärähtelyalueella
19. toukokuuta 2009, Viesti Pariisista Ranskasta ja Rodd Islandilta Yhdysvalloista ---- Dasper System (DS) (Pariisi, European Exchange: # 13065,) on 3D- ja tuotteen elinkaarihallinnan (PLM) maailman johtava ratkaisun tarjoaja; julkisti tänään: lanseeraa Abaqus 6.9:n, sen teknologian johtavan yhtenäisen elementtianalyysiohjelmistosarjan.
Arvioidakseen todellisen maailman käyttäytymistä, tuotteita ja valmistusprosesseja suunnittelijat, insinöörit ja tutkijat ottavat Abaqusin sovelluksia mukaan lukien elektroniikka-, kulutustavarapakkaukset, ilmailu-, auto-, energia- ja biotieteet jne. Laaja valikoima toimialoista. Tämä julkaisu sisältää tärkeitä uusia ominaisuuksia, kuten murtumavian, tehokkaan tietojenkäsittelyn sekä melun ja tärinän. Lisäksi Simulia jatkaa tuotesarjojen kapasiteetin rikastamista kokonaisuusmallinnuksen, verkkojaon, kosketusongelmien, materiaalien ja monikenttäkytkennän osalta.
Auton osatoimittaja Donald Senior Engineering Consultant Frank Popielas sanoi: "Tämän päivän nopean kehityksen tarpeisiin vastaamiseksi varhaisen simulointisimulaatioteknologialla on tärkeä rooli. Abaqus 6.9 ja korkea suorituskyky Laskennallisten klustereiden välinen synergia auttaa meitä minimoimaan yksikköhinta ja paras kiertoaika."
Daren System Simulia -tuotehallintajohtaja Steve Crowley sanoi: "Määritelmä uusissa ominaisuuksissa Työskentele tiiviissä yhteistyössä asiakkaidemme kanssa, olemme kehittäneet tehokkaimman elementtianalyysiohjelmiston. Abaqus 6.9 mahdollistaa valmistusyritysten vahvistamisen yhtenäisessä elementtianalyysiympäristössä niiden epälineaarinen ja lineaarinen analyysiprosessi.
Julkaisemisen painopiste:
Extension Finite Element (XFEM), toteuttaa ja tarjoaa tehokkaan työkalun minkä tahansa yksikön rajasta riippumattoman polun halkeaman laajenemisen simulointiin. Ilmailu- ja avaruusteollisuudessa XFEM voi yhdistää Abaqusin muita ominaisuuksia ennustaakseen lentokoneen komposiittirakenteen kestävyyttä ja vaurioiden sietokykyä. Energiateollisuudessa se voi auttaa arvioimaan paineastian halkeamien syntyä ja kasvua.
Yleiset yhteystietosovellukset tarjoavat yksinkertaistetun ja pitkälle automatisoidun tavan määrittää yhteystiedot mallissa. Tämä ominaisuus tarjoaa olennaisen tehokkaan parannuksen monimutkaisessa mallinnuskokoonpanossa, kuten vaihteistojärjestelmissä, hydraulisylintereissä tai muissa kosketusta vaativissa komponenteissa.
Uusi yhdistetty simulointimenetelmä, jonka avulla käyttäjä voi soveltaa Abaqusin implisiittistä ja eksplisiittistä ratkaisijaa yhteen analogiseen simulaatioon - mikä lyhentää laskenta-aikaa huomattavasti. Esimerkiksi autoinsinöörit voivat yhdistää ajoneuvomallia edustavan mekanismin ja renkaista ja jousitusjärjestelmistä koostuvan mallin arvioidakseen ajoneuvon kestävyyttä epätasaisilla teillä.
Abaqus / CAE -teknologia tarjoaa nopeamman, tehokkaamman ruudukon jaon ja tehokkaan tulosten visualisoinnin.
Parannettu suorituskyky, AMS-ominaisuuden tarkkuus paransi merkittävästi laajamittaisen lineaarisen dynamiikan, kuten autojen melu- ja tärinäanalyysin, tehokkuutta.
Uusi viskoosinen leikkausmalli voi simuloida ei-newtonilaisia nesteitä, kuten verta, sideaineita, sulaneita polymeerejä ja muita nesteitä kulutustuotteissa ja teollisuussovelluksissa.
Sovelluskenttä
Markkinakilpailun kiristyessä tuotteiden päivityssykli on lyhyempi ja uusien teknologioiden tarve on kiireellisempi, ja elementti-numeerinen simulointiteknologia parantaa tuotteiden laatua. , Lyhennä suunnittelusykliä, paranna tehokkaita tuotteiden kilpailukyvyn keinoja, joten tietotekniikan ja laskennan kehittymisen myötä elementtimenetelmä on saanut yhä laajempaa huomiota ja soveltamista teknisessä suunnittelussa ja tieteellisessä tutkimuksessa, siitä on tullut ratkaisu. tapa monimutkaiseen tekniseen analyysiin laskentaongelma, lähes kaikesta autojen suunnittelusta ja valmistuksesta avaruuslentokoneisiin on erotettu elementtianalyysistä, mekaanisessa valmistuksessa, materiaalinkäsittelyssä, ilmailussa, autoteollisuudessa, siviilirakennuksissa, elektroniikkalaitteissa, maanpuolustuksessa armeijassa Laivojen laaja käyttö , rautatiet, petrokemianteollisuus, energia ja tieteellinen tutkimus ovat mahdollistaneet suunnittelutasot laatuharppauksin.