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1、2018/12/10,1,有限元分析及应用 FEA & APPLICATION,2018/12/10,2,有限元分析及应用, 课程设置的相关背景 工程问题的现代设计，科学研究 虚拟现实与遥操作 近似计算的“精确逼近”,2018/12/10,3,有限元分析及应用, 课程设置的相关背景 工程问题的研究对象： 连续体 离散体 混合系统,2018/12/10,4,有限元分析及应用, 课程的预习和准备 国内外有限元课程学习网站 国内外ANSYS应用论坛、专题网站 各类有限元理论及ANSYS应用教程,2018/12/10,5,有限元分析及应用, 课程学习的条件准备 ANSYS软件自备 U盘自备一个,201
2、8/12/10,6,有限元分析及应用, 课程学习特点 “实践出真知” 课程学习要求 基础理论与“实战”结合,2018/12/10,7,有限元分析及应用,课程教学主要内容 有限元分析的基本理论与方法 有限元方法与ANSYS简介 案例分析,相互交叉,相互结合,2018/12/10,8,有限元分析的基本理论与方法 Finite Elements Method,2018/12/10,9,有限元分析的基本理论与方法, 有限元方法概述 有限元分析的哲学思想 有限元分析的力学基础 有限元分析的数学原理 有限元案例分析,2018/12/10,10,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 有限元方法的发展历
3、程 起源与问题的提出: 处理对象:结构复杂 处理要求:精度逼近、材料性能已知,2018/12/10,11,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 有限单元法是在20世纪50年代为处理固体力学问题而提出的，是随计算机发展而发展起来的一种数值计算方法,2018/12/10,12,有限元分析的基本理论与方法,“有限单元法”由Clough在1960年提出，19451955年发展起来的结构分析矩阵法位移法是它的雏形 最先在固体力学领域(飞机结构分析等)中得到应用，随后广泛应用于热力学、电磁学、流体力学领域,2018/12/10,13,有限元分析的基本理论与方法,1967年结构与连续力学的有限元法出版
4、，由张佑启与辛克维奇教授合作，该书后来更名为有限元法 辛克维奇有限元之父 张佑启有限条法之父,2018/12/10,14,有限元分析的基本理论与方法,辛克维奇 有限元 复杂结构的计算问题 简单单元的分析和集合问题 数学近似，是应用数学的一个新分支。,2018/12/10,15,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 科学问题 观察猜测 归纳分析 论证总结 工程问题 理论分析 数值模拟 科学实验,2018/12/10,16,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 研究与解决问题的思路 实际问题 抽象与简化(建模) 数值分析 验证结论(实验),2018/12/10,17,有限元分析的基本理
5、论与方法,有限元方法概述 有限元方法的两大应用 科学计算或数值模拟 数字设计或虚拟仿真 (新产品设计错误60%可消除) (90%新产品应用有限元分析),2018/12/10,18,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 20世纪60年代开始，研究人员开发了大量小规模、使用灵活、价格较低的专用或通用有限元软件,2018/12/10,19,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 德国的ASKA航空 英国的PAFEC模具、化工 法国的SYSTUS电磁、热传导 美国的ANSYS通用,2018/12/10,20,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 美国的NASTRAN结构动力学 ABQU
6、S非线性分析 ADINA非线性分析 MARC 非线性分析,2018/12/10,21,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 有限元的发展现状 从结构力学 多物理场问题 有限元方法已发展到温度场、电磁场 声场、多相流场和耦合场问题的求解,2018/12/10,22,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 有限元的发展现状 气流“流固耦合”,2018/12/10,23,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 有限元的发展现状 线性问题 非线性问题 排气管的热变形、热应力 复合材料分析,发动机排气管的温度场,2018/12/10,24,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 有限元
7、的发展现状 可视化前置建模、后置数据处理 工作站运算速度越来越快 求解运算时间越来越少20% 数据准备和运算结果处理日益完善,2018/12/10,25,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 有限元的发展现状 前置建模和后置数据处理模块 图形方式建模 图形方式网格划分 图形方式加载 结果云图、所需数据列表,2018/12/10,26,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 有限元的发展现状 与CAD软件的无缝集成 CAD软件完成零部件造型 模型置入有限元软件完成分析,2018/12/10,27,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 有限元的发展现状 有限元软件与CAD软件具有接
8、口 AutoCAD、Pro/ENGINEER Unigraphics、SolidWorks等,2018/12/10,28,有限元分析的基本理论与方法,激光熔池有限元模拟,流体问题，包括融化和凝固两过程，伴有能量对流、扩散,有限元分析实例,2018/12/10,29,有限元分析的基本理论与方法,半导体芯片温度场数值模拟,2018/12/10,30,有限元分析的基本理论与方法,水轮机叶轮的受力分析,2018/12/10,31,有限元分析的基本理论与方法,轴承强度分析,2018/12/10,32,有限元分析的基本理论与方法,齿轮接触应力有限元分析,2018/12/10,33,有限元分析的基本理论与方
9、法,装载机后桥位移云图,2018/12/10,34,有限元分析的基本理论与方法,PBX材料损伤蠕变特性研究,2018/12/10,35,有限元分析的基本理论与方法,整机静强度分析,2018/12/10,有限元分析的基本理论与方法,汽车碰撞分析有限元模型,2018/12/10,有限元分析的基本理论与方法,大小链轮的应力变形分析,2018/12/10,有限元分析的基本理论与方法,911模拟,2018/12/10,项目一：曲轴结构设计,2018/12/10,项目二：起重机应力分析,2018/12/10,项目三：液压胀接，上海电气,2018/12/10,项目四：山推有限元培训,2018/12/10,4
10、3,有限元分析的基本理论与方法,有限元方法概述 作业1： 有限元方法大事记 （课程结束后提交）,2018/12/10,44,有限元方法与ANSYS应用,课程学习相关网站,2018/12/10,45,有限元分析及应用,课程学习相关网站,2018/12/10,46,有限元分析及应用,课程学习相关网站,2018/12/10,47,有限元分析及应用,课程学习相关网站,2018/12/10,48,有限元分析及应用,课程学习相关网站,2018/12/10,49,有限元分析及应用,十大论坛学习ANSYS,1、安世亚太 http:/ 2、仿真论坛 http:/ 3、中国CAE联盟 http:/ 4、傲雪论坛
11、http:/www.aoxue.org 5、仿真在线 http:/www.simu-,2018/12/10,50,有限元分析应用,十大论坛学习ANSYS,6、中国机械CAD论坛 http:/ 7、开思网 http:/ 8、http:/www.e- 9、振动联盟 10、,2018/12/10,51,有限元分析的基本理论与方法, 有限元方法概述 有限元分析的哲学思想 有限元分析的力学基础 有限元分析的数学原理 有限元案例分析,2018/12/10,52,有限元分析的基本理论与方法,有限元分析的哲学思想 由复杂到简单,再由简单到复杂 化整为零，积零为整 连续与离散 （单元的选择、划分）,2018/
12、12/10,53,有限元分析的基本理论与方法,有限元分析的哲学思想 多方法的综合应用 力学基础弹性力学 数学建模数值离散 计算技术分析软件,2018/12/10,54,有限元分析的基本理论与方法, 有限元方法概述 有限元分析的哲学思想 有限元分析的力学基础 有限元分析的数学原理 有限元案例分析,2018/12/10,55,有限元分析的基本理论与方法,有限元分析的力学基础 弹性力学的基本假定 1、连续性假定 2、均匀性假定 3、各向同性假定 4、线弹性假定 5、小变形假定,2018/12/10,56,1、连续性假设,假设整个弹性体完全由组成物体的 介质充满，各质点之间不存在任何空隙 变形后仍保持
13、连续性，不出现开裂和 重叠 根据这一假设，物体所有物理量，例如位移、应变和应力等均为空间坐标的连续函数,2018/12/10,57,该假定在研究物体宏观力学特性时，与工程实际吻合，研究微观力学特性时不适用,、u 皆可表示为空间坐标的连续函数,1、连续性假设,2018/12/10,58,2、均匀性假设,假设弹性体由相同的均匀材料组成。物体各部分的物理性质相同，不随坐标位置变化而变化 某些工程材料，如混凝土颗粒，远小于物体几何形状，并在物体内部均匀分布，也可视为均匀材料,弹性常数（E、）不随坐标位置变化,微元体的分析结果可用于整个物体,2018/12/10,59,3、各向同性假设,假定物体在不同方
14、向上具有相同物理性质，物体的弹性常数(E, )不随坐标方向变化 金属材料属于各向同性 像木材、竹子及纤维材料属于各向异性,2018/12/10,60,均匀性和各向同性的区别 用矢量长短表示材料某力学性能,(a),(b),(c),2018/12/10,61,4、线弹性假设,对应某一温度，如应力和应变之间存在一一对应的线性关系，且和时间、变形无关，称为线弹性材料 对应某一温度，如应力和应变之间存在一一对应的非线性关系，且和时间、变形无关，称为非线弹性材料 弹性力学研究线弹性问题,2018/12/10,62,5、小变形假设,假设外界因素（力、温度等）作用下，物体变形与自身几何尺寸相比属高阶小量 在讨
15、论弹性体平衡时，可不考虑变形引起的尺寸变化 建方程时，可略去位移、应变和应力的高阶小量，使基本方程成为线性偏微分方程组,2018/12/10,63,自由扭转翘曲不受限制轴向力,6、自由扭转假设,2018/12/10,64,有限元分析的基本理论与方法,有限元分析的力学基础 常用术语 变形体受外力作用产生形变者 deformed body,2018/12/10,65,有限元分析的基本理论与方法,有限元分析的力学基础,常用术语自由度（DOF）,DOF用于描述一个物理场的响应特性,结构 DOF,ROTZ,UY,ROTY,UX,ROTX,UZ,2018/12/10,66,有限元分析的基本理论与方法,有限元分析的力学基础 常用术语 单元网格划分中的独立单元体 常见单元类型 一维：梁、杆单元 二维：三角形、四边形单元 三
