有限元法概念意義與應(yīng)用-資料下載頁
2025-06-24 02:09本頁面
【正文】 長于求解非線性問題的有限元分析軟件,并廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐。這些軟件的共同特點(diǎn)是具有高效的非線性求解器以及豐富和實(shí)用的非線性材料庫。 3. 增強(qiáng)可視化的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理功能 早期有限元分析軟件的研究重點(diǎn)在于推導(dǎo)新的高效率求解方法和高精度的單元。隨著數(shù)值分析方法的逐步完善,尤其是計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的飛速發(fā)展,整個(gè)計(jì)算系統(tǒng)用于求解運(yùn)算的時(shí)間越來越少,而數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和運(yùn)算結(jié)果的表現(xiàn)問題卻日益突出。在現(xiàn)在的工程工作站上,求解一個(gè)包含10萬個(gè)方程的有限元模型只需要用幾十分鐘。但是如果用手工方式來建立這個(gè)模型,然后再處理大量的計(jì)算結(jié)果則需用幾周的時(shí)間?？梢院敛豢鋸埖卣f,工程師在分析計(jì)算一個(gè)工程問題時(shí)有80%以上的精力都花在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和結(jié)果分析上。因此目前幾乎所有的商業(yè)化有限元程序系統(tǒng)都有功能很強(qiáng)的前置建模和后置數(shù)據(jù)處理模塊。在強(qiáng)調(diào)可視化的今天,很多程序都建立了對用戶非常友好的GUI(Graphics User Interface),使用戶能以可視圖形方式直觀快速地進(jìn)行網(wǎng)格自動劃分,生成有限元分析所需數(shù)據(jù),并按要求將大量的計(jì)算結(jié)果整理成變形圖、等值分布云圖,便于極值搜索和所需數(shù)據(jù)的列表輸出。 4. 與CAD軟件的無縫集成當(dāng)今有限元分析系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是與通用CAD軟件的集成使用,即在用CAD軟件完成部件和零件的造型設(shè)計(jì)后,自動生成有限元網(wǎng)格并進(jìn)行計(jì)算,如果分析的結(jié)果不符合設(shè)計(jì)要求則重新進(jìn)行造型和計(jì)算,直到滿意為止,從而極大地提高了設(shè)計(jì)水平和效率。今天,工程師可以在集成的CAD和FEA軟件環(huán)境中快捷地解決一個(gè)在以前無法應(yīng)付的復(fù)雜工程分析問題。所以當(dāng)今所有的商業(yè)化有限元系統(tǒng)商都開發(fā)了和著名的CAD軟件(例如Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley和AutoCAD等)的接口。 5. 在Wintel平臺上的發(fā)展早期的有限元分析軟件基本上都是在大中型計(jì)算機(jī) (主要是Mainframe) 上開發(fā)和運(yùn)行的,后來又發(fā)展到以工程工作站(EWS,Engineering WorkStation )為平臺,它們的共同特點(diǎn)都是采用UNIX操作系統(tǒng)。PC機(jī)的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用發(fā)生了根本性的變化,工程師渴望在辦公桌上完成復(fù)雜工程分析的夢想成為現(xiàn)實(shí)。但是早期的PC機(jī)采用16位CPU和DOS操作系統(tǒng),內(nèi)存中的公共數(shù)據(jù)塊受到限制,因此當(dāng)時(shí)計(jì)算模型的規(guī)模不能超過1萬階方程。Microsoft Windows操作系統(tǒng)和32位的Intel Pentium 處理器的推出為將PC機(jī)用于有限元分析提供了必需的軟件和硬件支撐平臺。因此當(dāng)前國際上著名的有限元程序研究和發(fā)展機(jī)構(gòu)都紛紛將他們的軟件移植到Wintel平臺上。下表列出了用ADINA 版在PC機(jī)的Windows NT環(huán)境和SGI工作站上同時(shí)計(jì)算4個(gè)工程實(shí)例所需要的求解時(shí)間。從中可以看出最新高檔PC機(jī)的求解能力已和中低擋的EWS不相上下。為了將在大中型計(jì)算機(jī)和EWS上開發(fā)的有限元程序移植到PC機(jī)上,常常需要采用Hummingbird公司的一個(gè)仿真軟件Exceed。這樣做的結(jié)果比較麻煩,而且不能充分利用PC機(jī)的軟硬件資源。所以最近有些公司,例如IDEAS、ADINA和Ramp。D開始在Windows平臺上開發(fā)有限元程序,稱作Native Windows版本,同時(shí)還有在PC機(jī)上的Linux操作系統(tǒng)環(huán)境中開發(fā)的有限元程序包。 在大力推廣CAD技術(shù)的今天，從自行車到航天飛機(jī)，所有的設(shè)計(jì)制造都離不開有限元分析計(jì)算，有限元法在工程設(shè)計(jì)和分析中將得到越來越廣泛的重視。目前以分析、優(yōu)化和仿真為特征的CAE(Computer aided Engineering CAE)技術(shù)在世界范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展。它通過先進(jìn)的CAE技術(shù)快速有效地分析產(chǎn)品的各種特性、揭示結(jié)構(gòu)各類參數(shù)變化對產(chǎn)品性能的響，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的修改和調(diào)整，使產(chǎn)品達(dá)到性能和質(zhì)量上的最優(yōu)，原材料消耗最低。因此，基于計(jì)算機(jī)的分析、優(yōu)化和仿真的CAE技術(shù)的研究和應(yīng)用，是高質(zhì)量、高水平、低成本產(chǎn)品設(shè)計(jì)與開發(fā)的保證。有限元法也必將在科技發(fā)展史上大放異彩。參考文獻(xiàn)1 張晉紅，吳鳳林 有限元法及其應(yīng)用現(xiàn)狀【J】。機(jī)械管理開發(fā)，2009,42 樊杰，趙鐵，徐清潔 有限元法的一般思想【J】?？萍记閳?bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2008,33 楊桂通 彈性力學(xué)【M】北京：高等教育出版社，19984 邵敏 有限元法基本原理和數(shù)值方法[M]。北京：清華大學(xué)出版社，19975 傅永華 有限元法分析基礎(chǔ)【M】。武漢：武漢大學(xué)出版社，2003
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