CAE基礎培訓1.ppt

2020 3 24 1 目錄 2020 3 24 2 2020 3 24 3 有限元分析的基本概念 有限元分析 FEA FiniteElementAnalysis 的基本概念是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解 它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成 對每一單元假定一個合適的 較簡單的 近似解 然后推導求解這個域總的滿足條件 如結構的平衡條件 從而得到問題的解 這個解不是準確解 而是近似解 因為實際問題被較簡單的問題所代替 由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解 而有限元不僅計算精度高 而且能適應各種復雜形狀 因而成為行之有效的工程分析手段 2020 3 24 4 有限元分析的基本概念 如右圖所示 等截面和變截面的桿件 一端固定 另一端承受載荷 等截面桿件的變形可以根據(jù)公式簡單得到 變截面的桿件就可以用有限元法進行求解 已知彈性模量E 桿長L 各段橫截面及AK AE L F F 2020 3 24 5 有限元分析的基本概念 2020 3 24 6 有限元分析的基本概念 2020 3 24 7 有限元分析的基本概念 求解器 2020 3 24 8 2020 3 24 9 CAE分析工作的要求 CAE工作并不一定要擁有大量的專業(yè)知識才能夠開展 但工作能力的提高與專業(yè)知識的掌握程度是息息相關的 一個合格的有限元分析工程師應具備三方面的技能和經(jīng)驗1 理論基礎 包括力學理論和有限元理論2 必要的程序使用經(jīng)驗 對常用商業(yè)有限元分析程序能熟練應用3 工程實踐的經(jīng)驗 對于不同的工程問題能夠準確做出判斷并確定分析方案 2020 3 24 10 CAE分析工作的要求 三方面中 比較容易解決的是程序使用 試用版軟件和程序教程很容易獲得 一般通過一系列的練習題就可以掌握程序的使用 做實際工程問題分析的時候 情況就完全不同了 沒有人來指定模型的簡化 分析的類型 邊界條件的確定 以及對分析結果的分析和評價都要獨立完成 由于分工的不同 設計工程師對問題的提出是模糊的 需要依賴CAE工程師來判斷問題類型 確定是否需要進行CAE分析 及如何進行分析 2020 3 24 11 CAE分析工作的要求 設計工程師進行CAE工作 一方面可以充分發(fā)揮自己在把握設計意圖 安排生產(chǎn)加工 故障反饋信息獲取方面的優(yōu)勢 更準確的確定分析類型 提出分析方法 另一方面也可以在分析工作中 加深對工程問題的理解 提高零件的設計水平 知其然也知其所以然 2020 3 24 12 CAE分析工作的要求 一般地 CAE工程師要學習的理論知識包括理論力學材料力學機械原理機械設計彈塑性力學結構力學有限元方法振動與噪聲 案頭常備 內燃機設計 機械設計手冊 軟件要求 AnsysWorkbenchExcelMicrosoftMath 2020 3 24 13 求解工作對于我們來說是黑匣子 我們能做的就是劃分網(wǎng)格和施加邊界條件了 即所謂的前處理工作 由于計算中單元的剛度矩陣就是由材料的屬性和截面積計算得來的 材料屬性由零件本身的材料決定 而截面積的準確與否 就和網(wǎng)格的劃分息息相關了 即 劃分網(wǎng)格的過程就是定義剛度矩陣的過程 而邊界條件就是定義方程的載荷了 因此 我們在做CAE工作時 要做的就是盡可能的完美劃分網(wǎng)格 在計算成本和計算準確性之間找到平衡點 得到盡可能準確的剛度矩陣 并盡可能考慮各種產(chǎn)生作用的載荷 計算出來 盡可能貼切的施加到計算模型上 2020 3 24 14 前處理工作 材料屬性網(wǎng)格劃分 邊界約束載荷施加 2020 3 24 15 前處理工作 關于單元劃分 過細的單元劃分需要更多的CPU時間 過粗的劃分則會降低求解的精度 合適的單元劃分隨著經(jīng)驗的積累 漸漸地就能夠明白了 在工作中 可先劃分較粗的網(wǎng)格 逐漸細化 直到計算結果變化很小 就是合適的單元劃分了 一般在進行固有振動分析 即使比應力分析場合劃分得多少粗一點 也夠了 在以求應力分布為著眼的區(qū)域里 單元的長寬比的推薦范圍為1 1 1 2 在這以外區(qū)域里推薦范圍為可以到1 3為止 在應力分布幾乎沒有變化的區(qū)域里使用的單元 1 10也沒問題 一般地 在ANSYSWORKBENCH中 我們不需要考慮網(wǎng)格的質量問題 只需要考慮網(wǎng)格的數(shù)量問題即可 2020 3 24 16 前處理工作 下表是材料屬性與計算類型的關系 2020 3 24 17 前處理工作 下表是約束與自由度的關系 2020 3 24 18 前處理工作 下表是計算的輸入條件匯總 標記為必要的項目 其中的數(shù)字請參照下面所述 x標記為沒必要的項目 必須要有加速度載荷 如想評價無約束 自由自由 狀態(tài) 則不必輸入 2020 3 24 19 2020 3 24 20 后處理工作 左圖為材料應力應變曲線通常的CAE分析得到的應力是確定值 不考慮誤差 但作用在實際產(chǎn)品上的應力是離散分布的 并且在材料的強度方面也是離散分布的 實際作用的應力和材料的拉伸強度的關系寫成模式 則如下圖所示 2020 3 24 21 后處理工作 在變