《有限元(ansys)课件第一讲 绪论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有限元(ansys)课件第一讲 绪论（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、有限元方法,主讲人： 苏春建,机电学院机械专业,08/27/2012,有限元法课程教学大纲,一、课程的性质和目的 有限元法是机械设计及自动化专业的选修课程，也是一门重要的技术提高课程，涉及线性代数、力学、计算方法、计算机应用等学科。其任务是使学生理解有限元法的基本原理、掌握有限元法使用的方法和步骤、了解通用程序的使用。 二、课程的基本要求 要求学生熟练掌握变分原理、形函数的构造、单元格式的选取及各种数值方法等基础内容。通过本课程的学习，应使学生对有限元方法问题有一感性认识，具备实际中分析此类问题的基本能力，掌握并具有相应的计算能力（包括具有初步上机计算的能力）。,08/27/2012,理论教学
2、学时分配,上机名称与学时安排表,08/27/2012,课时安排,08/27/2012,课时安排,08/27/2012,本节内容,1、引论 有限元方法简介 2、有限元分析软件简介 (实例) 3、ANSYS的功能简介,08/27/2012,引论,1 各力学学科分支的关系(对象、变量、方程、求解途径),科学研究的目的：定量获取所研究对象的所有信息 *确定对象 *定义参量或变量 *获得定量关系 *推广到该类问题的任意情形,08/27/2012,2,08/27/2012,08/27/2012,08/27/2012,3,有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又
3、相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。,08/27/2012,08/27/2012,有限元分析软件,常用有限元分析软件：,08/27/2012,有限元软件应用实例,高速铁路承轨台 模板,D,08/27/2012,1.中间平面两侧的筋一次成形困难,2.中间平面和法兰区易起皱,3.两侧曲面的拉深底面易出现颈缩和破裂,4.所需的切边冲孔力大，尺寸精度要求高,5.中间平面两侧的筋两端易堆料，中间易破裂,成形特点,08/27/2012,UG,.igs文件,DYNAFORM,CAD造型,模型数据,有限元模拟分析及后处理,08/27/2012,高速铁路承轨台模板一次成形
4、模拟,一次成形模具图,压边力300kN,压边力800kN,压边力1500kN,08/27/2012,高速铁路承轨台模板两次拉深方案,通过分析可知，一次拉深成形不成功的原因是由于工件形状和尺寸的特殊性引起的，由其是中间平面两侧的筋成形时会阻碍金属向两侧流动，使中间平面易起皱，形成鼓包，斜壁易拉裂。因此，考虑将工件的拉深成形分为预成形和终成形两道工序。预成形的目的是先基本拉深出工件的两盒形端，坯料中部反拉深成形出法向为Z轴正向的曲面，该曲面与两斜壁的上圆角相切，为终成形储备一些材料；终成形的目的是将预成形毛坯拉深到要求的形状和尺寸，主要包括工件的两盒形端达到要求的深度，拉深出中间平面，同时成形出中
5、间平面两侧的筋。,预成形凸模,终成形凸模,08/27/2012,预成形模具及动作原理图,预成形带拉深筋压边圈,预成形凹模,08/27/2012,预成形应力变化状态,成功的预成形件,08/27/2012,成功的终成形件,全家福,切边冲孔,预成形,终成形,08/27/2012,600kN压边力模拟与实验比较,08/27/2012,有限元分析软件ANSYS的功能简介,ANSYS软件是集结构、热、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元软件。ANSYS用户涵盖了机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物科学、教学科研等众多领域。,ANSYS功能模块：,结构分析 热分析
6、 电磁分析 流体分析 (CFD) 耦合场分析 - 多物理场,08/27/2012,ANSYS 结构分析 概览,结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等.,结构分析的类型:,静力分析 - 用于静态载荷. 可以考虑结构的线性及非线性行为，例如: 大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等.,模态分析 - 计算线性结构的自振频率及振形. 谱分析 是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变 (也叫作 响应谱或 PSD).,谐响应分析 - 确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应. 瞬态动力学分析 - 确定结构对随时间任意变化的载荷的响应. 可以考虑与静力分析相同
7、的结构非线性行为. 特征屈曲分析 - 用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状. (结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析.) 专项分析: 断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析,显式动力学分析模块：求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法.,08/27/2012,民用客机结构仿真,大型船舶结构仿真,静力分析,大连机车车辆厂城市轻轨车转向架强度分析,通用汽车公司车型结构仿真,08/27/2012,模态分析,模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术，是所有动力学分析类型的最基础的内容。,模态分析的好处： 使结构设计避免共振或以特定频率进行振动（例如扬声器）； 使工程师可以认识
8、到结构对于不同类型的动力载荷是如何响应的； 有助于在其它动力分析中估算求解控制参数（如时间步长）。,广州华凌空调设备有限公司空调管路振动分析,上海交通大学船舶轴系的振动分析,涡轮的循环对称模态分析,08/27/2012,动力分析：,确定结构对随时间任意变化的载荷的响应。,挖掘机工作循环(D),导弹_马赫数(D),东营黄河大桥动力分析,浦东机场候机楼的地震分析,08/27/2012,专项分析：,断裂分析, 复合材料分析，疲劳分析,断裂分析(D),疲劳分析,整车疲劳设计/试验,显式动力学分析模块,碰撞-汽车-旅行车正撞刚性墙_福特(D),整车碰撞分析(D),爆炸-导弹水下发射(D),08/27/2
9、012,ANSYS热分析概览,ANSYS 热分析计算物体的稳态或瞬态温度分布，以及热量的获取或损失、热梯度、热通量等.,热分析之后往往进行结构分析,计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力. ANSYS功能: 相变 (熔化及凝固), 内热源 (例如电阻发热等) 三种热传递方式 (热传导、热对流、热辐射),08/27/2012,稳态/瞬态传热 线性/非线性热行为 传热方式： 传导 对流 辐射 相变,电子机箱机柜的流动散热分析,发动机瞬态热仿真(D),电熨斗瞬态热仿真(D),电导体温度分布：焦尔热损耗,金属成型：温度分布和变化(D),发动机气缸内气体温度分布及变化(D),铸造成型：温度变化和气泡(D)
10、,热分析,08/27/2012,ANSYS电磁分析概览,磁场分析 用于计算磁场.,磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等.,磁场可由电流、永磁体、外加磁场等产生.,磁场分析的类型: 静磁场分析 - 计算直流电（DC)或永磁体产生的磁场. 交变磁场分析 - 计算由于交流电(AC)产生的磁场. 瞬态磁场分析- 计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场.,电场分析 - 用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等. 高频电磁场分析- 用于微波及RF无源组件，波导、雷达系统、同轴连接器等分析.,08/27/2
11、012,磁场分析,波导、微带线、各种天线结构等的原形库,雷达散射截面积（RCS） 分析,三相交流电机设计,雷达/天线设计与仿真（EMC/EMI）,电磁接触：磁悬浮列车仿真(D),E-B场中带电粒子轨迹（D）,08/27/2012,ANSYS 流体分析 概览,流体分析 用于确定流体的流动及热行为. 流体分析分以下几类: CFD - ANSYS/FLOTRAN 提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等. 声学分析 - 考虑流体介质与周围固体的相互作用, 进行声波传递或水下结构的动力学分析等. 容器内流体分析 - 考虑容器内的非流动流体的影响. 可以确定
12、由于晃动引起的静水压力. 流体动力学耦合分析 - 在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使用流体耦合单元.,08/27/2012,船舶行业：美国海军最大的研究实验室NSWCDD潜艇水下航行,船舶行业：船舶水面航行，升力/浮力/阻力/速度,自由液面：倒酒到酒杯（D）,沸腾：气泡流（D）,流体分析,冶金行业：HTA钢铁公司用CFX模拟来优化铸造炉内烧嘴的类型和位置,08/27/2012,石化行业：换热器,发动机：缸体和缸盖温度场,DOW化学公司：废热回收装置内温度变化,建筑/地铁等行业：火灾-通风-安全,北美的EMP公司：水泵,法国电力公司(EDF)：水轮机,流体分析,08/27/
13、2012,航天飞机:19个部件250万单元，气动分析,战斗机：280万单元,超音速飞行压力分布,战斗机六自由度投掷分析,航天飞机助推火箭分离,流体分析,08/27/2012,ANSYS 耦合场分析概览,耦合场分析 考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。 例如： 在压电力分析中，需要同时求解电压分布（电场分析）和应变（结构分析）.,其他需要耦合场分析的典型情况有： 热应力分析 流体结构相互作用 感应加热（电磁热）, 感应振荡,两根热膨胀系数不同的棒焊接在一起，图示为加热后的变形.,08/27/2012,作业：查询一篇关于ANSYS应用的实例，了解ANSYS在工程的应用过程。,88,
