如何成为一名合格的fea工程师

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1、如何成为一名合格的如何成为一名合格的 FEA 工程师工程师 1 如何成为一名合格的 FEA 工程师如何成为一名合格的 FEA 工程师 目目 录录 1 合格的 FEA 工程师必备条件 . 2 1 .1 FEA 工程分析流程 2 2 FEA 可以解决问题的类型 3 2.1 FEA 软件简介 . 4 2.2 CAD 设计CAE 仿真协同流程 . 4 2.3 WORKBENCH 工程应用 . 5 2.3.1 结构静力分析 . 5 2.3.1.1 静力分析所施加的载荷 5 2.3.1.2 AWE 静力学分析基本过程 6 2.3.2 结构动力学分析 . 7 2.3.2.1 AWE 结构动力学分析类型 7

2、3、随机振动分析(Random Vibration) . 9 4、 瞬态动力学分析（Flexible Dynamic） 10 2.3.3 显示动力学（LS-DYNA、ANSYS Explicit STR） 11 2.3.3.1 ANSYS/LS-DYNA 的应用 . 11 1 接触/碰撞 . 11 2 冲压成型分析 . 12 2.3.4 静态、动态和隐式、显示比较 . 12 2.3.5 机构运动学分析 . 13 2.3.6 热力学分析 14 2.3.7 线性屈曲分析 . 15 3 有限元仿真结束后的工作 . 16 附 录 17 1 FEA 学习网站 17 如何成为一名合格的如何成为一名合格的

3、FEA 工程师工程师 2 1 合格的合格的 FEA 工程师必备条件工程师必备条件 要成为一名合格的有限元分析工程师， 以下三个方面的技能和经验是必须要 具备的： 1、 坚实的理论基础，包括力学理论（对于结构有限元分析工程师）和 有限元理论。 这方面的知识需在校期间打牢， 还需要进一步提升自己的理论水平， 提高自己分析问题、解决问题的能力。 2、 必要的程序使用经验，对常用的商业有限元分析程序能够熟练应用。 最好能够做到界面操作和命令流输入相结合。 3、 工程实践的经验，对于不同的工程问题能够准确的做出判断和确定 分析方案。因为在做工程分析的时候，没有人给你指定简化的模型、 分析类型、边界条件，

4、在计算完成后，还需要对结果进行分析和评 价。 最重要的是 FEA 工程实践的积累， 尤其是对计算结果的分析和评价； 能够准确的判断哪些仿真结果是可信的， 哪些仿真结果是不可取的。 1 .1 FEA 工程分析流程工程分析流程 一名合格的 FEA 工程师，对于工程分析的流程一定要有一个清醒的认识，以 下是我在特灵实习期间的一些心得体会。 要进行 FE 分析仿真，首先是问题的提出，在工业实践中，提出问题的部门 通常是设计部门或生产部门， 设计部门会提出要求对某一设计进行某一方面的验 证或优化， 生产部门会提出对在产品生产或使用过程中出现的缺陷或问题进行分 析和解决。 通常情况下，由于分工的不同，设计

5、或生产的工程师对于有限元分析是没有 经验的，他们提出的问题是模糊的，比如，设计工程师会问，在某种情况下，我 的设计安全吗？生产工程师会问，为什么这个产品会坏呢？ 基于以上问题，就需要做进一步的分析，这个过程是需要结构分析工程师与 设计工程师或生产工程师共同完成的。 接到设计工程师和生产工程师提出的问题 时，先对问题做一个初步的判断，是什么样类型的问题，然后对问题进行调查， 作出是否需要进行下一步的有限元分析。 再接下来，如果决定要进行有限元分析，就需要更仔细的分析了，需要决定 以下几个问题：分析目的和分析规模，结构简化与计算规模，边界条件和载荷条 件，建立模型的方式，计算结果的分析方法。等这几

6、个问题决定后，就可以开始 计算了。 如何成为一名合格的如何成为一名合格的 FEA 工程师工程师 3 最后， 在计算结束以后， 还需要对结果进行可信度的评价 （非常关键的一步） ， 即要确定计算结果是所设定问题的正确模拟，获得了和实际问题足够近似的结 果。在此基础上，才能按照预先定好的结果分析方法对结果进行分析。根据分析 的结论，才最终向设计和生产部门提供可靠的建议和意见。 以上即为工程有限元结构分析的一个基本的流程。该基本流程归纳如下： 对问题进行初步分析（决定是否进行有限元分析）-详细分析（对分析进 行计划）- 进行有限元分析- 结果分析-问题解决 对问题进行初步分析（决定是否进行有限元分析

7、）-详细分析（对分析进 行计划）- 进行有限元分析- 结果分析-问题解决 可以说在接到设计部门和生产部门提出的问题时，工程判断非常重要，要了 解问题的状况，提出问题的目的，根据工程经验做出初步判断。并非所有接到的 问题都是需要进一步分析的，有限元分析也不一定是解决问题的最佳手段。 在工程中，能够用最少成本和最短时间解决问题的手段才是最佳的。要做出 正确的初步判断，需要有通过解决大量工程问题积累的经验，需要对常见问题的 理论有清晰的解决思路，需要对有限元方法的能力和局限有清楚的认识，同时对 于可能进行的有限元分析需要的时间和人力有准确的判断。 这个过程中要充分和 设计工程师及生产工程师进行沟通，

8、尽量获取更多的资料和数据，避免模糊的直 觉判断，无论是否要进行下一步分析，都要提出有理有据的建议。 在决定需要进行有限元分析后， 对即将要进行的分析的理论和本质要有深刻 的认识，对自己所可能使用的程序的能力也要心中有数，避免不合理和不切实际 的分析计划。运用理论和经验上的判断，决定计算的模型、规模和类型。能够用 尽可能简单的模型， 在尽可能短的时间得到解决问题所需要的分析结果是在制定 分析计划中的基本原则。 熟练的运用商业有限元程序进行有限元分析，需要对程序有深刻的认识，做 到每输入一个参数都清楚知道这个参数的意义和作用， 这其实也需要理解有限元 和力学的理论，仅仅熟悉程序的界面是不够的。 获

9、得分析结果后，问题并没有解决，设计和生产部门需要的是简单有效的结 论和方案。能够从纷繁复杂的数据中寻找问题的解决方案，需要的仍然是理论和 经验。 2 FEA 可以解决问题的类型可以解决问题的类型 下面几节我将详细介绍 FEA 软件可以解决问题的类型， 让大家对所负责的项 目哪些需要做 FEA，哪些不需要做 FEA 有更加清楚的认识，从而提高我们的工 作质量和效率。 如何成为一名合格的如何成为一名合格的 FEA 工程师工程师 4 2.1 FEA 软件简介软件简介 ANSYS 做为数值仿真领域的巨无霸，其应用领域几乎可以囊括所有工程领 域。其操作界面有两种，最早的是 ANSYS 经典界面，近几年大

10、力发展起来的则 为 ANSYS WORKBENCH，其凭借完全的 Windows 友好界面，工程化应用，更 为工程设计人员所青睐（我在上英和特灵所用的即为 WORKBENCH 界面） 。实 际上，Workbench 的有限元仿真分析采用的方法（单元类型、求解器、结果处理 方式等）与 ANSYS 经典界面是一样的，只不过 Workbench 采用了更加工程化的 方式来来适应操作者。 概括来讲，Workbench有如下一些技术特色： 与所有主流CAD系统之间的双向参数链接 利用无缝集成的、专门针对分析的DesignModeler(DM) 模块进行几何建模、 修补、简化等 高度自动化的多物理场统一网

11、格划分 自动接触探测 每个物理场的分析能力都极强（如结构、流体等） 范围宽广的仿真技术 完整的仿真向导系统 易用的、通过鼠标拖拽操作即可完成的复杂多物理场分析 柔性的“组件装配”方式能很好地表达仿真分析的工程意图 革命性的“项目视图“功能让用户“一眼“就能清楚了解工程意图、数据关 系、项目状态等多种信息 复杂的项目流程可保存起来以供今后重复使用 宽泛的、跨所有物理场的项目级参数管理 通过集成的设计点分析能力自动完成What-if研究 API 和脚本语言支持的自适应架构可以非常快速的集成各种新的应用程序和 第三方软件系统 2.2 CAD 设计设计CAE 仿真协同流程仿真协同流程 CAD 设计CA

12、E 仿真协同流程 CAD 设计CAE 仿真协同流程 CAD 软件 如何成为一名合格的如何成为一名合格的 FEA 工程师工程师 5 零件/装配/参数零件/装配/参数 CAE 模型CAE 模型 参数参数 CAE 结果CAE 结果 ANSYS WORKBENCH 的环境为 CAD 系统和用户的仿真设计提供了全新 的集成平台，其工作平台可组成各种不同的工程应用功能： Mechanical: 用于结构或热分析（包括结构网格的划分） Fluid flow(CFX): 用 CFX 进行流体动力学的分析 Fluid flow(FLUENT)：用 FLUENT 进行流体动力学的分析 Designmodeler：

13、用来建立几何模型 Engineering Data：用来确定仿真所用材料特性 Meshing Application：用来生产 CFD 及显示动力学 Design Exploration：用于优化分析 Finite Element Modeler： 可把 NASTRAN 和 ABAQUS 网格转化到 ANSYS。 Explicit Dynamics:用于显示动力学分析。 2.3 WORKBENCH 工程应用工程应用 2.3.1 结构静力分析结构静力分析 结构静力分析用来分析结构在给定静力载荷作用下的响应。一般情况下，比 较关注的往往是结构的位移、约束反力、应力及应变位移、约束反力、应力及应变等

14、参数。 静力分析是计算在固定不变的载荷作用下结构的响应， 它不考虑惯性和阻尼 的影响，如结构随时间变化的载荷的情况。可是，静力分析可以计算那些固定不 变的惯性载荷对结构的影响， 如重力和离心力， 以及那些可以近似为等价静力作 用的随时间变化载荷 可以近似为等价静力作 用的随时间变化载荷，如通常在许多建筑规范中定义的等价静力载荷和地震载 荷。 静力分析用于计算由那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或部件 上引起的位移、应力、应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定，即假定载 荷和结构响应随时间的变化非常缓慢。 2.3.1.1 静力分析所施加的载荷静力分析所施加的载荷 静力分析所施加的载荷包括

15、： 1、惯性载荷 1、惯性载荷 这些载荷施加在整个模型上 Pro/E UG Catia FEA 求解器 ANSYS LS-DYNA CFX Workbench 设计数据管理 分析数据管理 WEB 数据管理 如何成为一名合格的如何成为一名合格的 FEA 工程师工程师 6 对于惯性计算时需要知道密度 这些载荷专指施加在定义好的质量点上的力（Point Masses） 2、结构载荷 2、结构载荷 施加在系统部件上的力或力矩 3、结构约束 3、结构约束 防止在某一特定区域上移动的约束 4、热载荷 4、热载荷 热载荷会产生一个温度场，使模型中发生热膨胀或热传导。 图 1 所示即为施加了结构载荷（内压）和

16、结构约束（管道端部固定）的三通 管道。 图 2 所示即为考虑了惯性载荷（重力）、结构载荷（螺栓预紧力、内压）和 结构约束（位移约束）的冷却装置。 图 1 三通管道 图 2 冷却装置 2.3.1.2 AWE 静力学分析基本过程静力学分析基本过程 Simulation 的使用步骤大概可以总结为以下九步： 1、导入 DM 以及其他 CAD 软件创建的几何模型 2、添加材料信息 3、设定接触选项(如果是装配体) 4、设定网格划分参数并进行网格划分 5、选择分析类型 6、施加载荷以及约束 7、设定求解（结果）参数，即设定要求解何种问题，哪些物理量 8、求解 9、观察求解结果 如何成为一名合格的如何成为一名合格的 FEA 工程师工程师 7 2.3.2 结构动力学分析结构动力学分析 结构动力学分析用来求解随时间变化的载荷对结构的影响。 与静力分析不同， 动力分析要考虑随时间变化的力荷载以及它对阻尼和惯性