Анализ на крайни елементи

Анализът на крайните елементи (FEA) е виртуално моделиране и симулация на продукти и възли за структурни, акустични, електромагнитни или термични характеристики. FEA е практическото приложение на метода на крайните елементи (FEM).

Какво е анализ на крайни елементи?

Анализът на крайните елементи е моделирането на продукти и системи във виртуална среда за намиране и решаване на потенциални (или съществуващи) проблеми с производителността на продукта. FEA е практическото приложение на FEM, което се използва от инженери и учени за математическо моделиране и цифрово решаване на сложни структурни, акустични, електромагнитни, термични, флуидни и мултифизични проблеми. Софтуерът FEA може да се използва в широк спектър от индустрии, но най-често се използва в авиационната, автомобилната, електрониката, промишлените машини, морските и потребителските продукти.

Моделът с краен елемент (FE) включва система от точки, наречени „възли“, които формират формата на дизайна. Към тези възли са свързани крайните елементи, които образуват мрежата на крайните елементи и съдържат материалните и структурните свойства на модела, определяйки как той ще реагира на определени условия. Плътността на мрежата с крайни елементи може да варира в целия материал, в зависимост от очакваната промяна в нивата на напрежение в определена област. Регионите, които изпитват големи промени в стреса, обикновено изискват по-висока плътност на мрежата от тези, които изпитват малки или никакви вариации в стреса. Интересните точки могат да включват точки на счупване на предварително тестван материал, филета, ъгли, сложни детайли и зони с високо напрежение.

Person wearing VR headset with holographic interface projection

Открийте ползите

FEA е добре установена методология, често използвана за замяна или допълване на експериментални и аналитични методи за подпомагане на инженерното проектиране и анализ на ежедневните продукти. В сравнение с прототипирането и експериментите, базираните на FEA симулации предлагат следните предимства.

Увеличете производителността

Анализът на крайните елементи ви позволява бързо да анализирате и изследвате инженерните възможности за повишаване на производителността на продукта.

Намаляване на времето

Анализът на крайните елементи ви помага да представите оптимизираните дизайни на продуктите на пазара по-бързо от метод за изграждане и тестване.

Намаляване на разходите

Използвайки анализ на крайни елементи, можете значително да намалите разходите за разработване на продукта в сравнение с традиционните физически процеси на тестване, базирани на прототипи.

Стъпки в процеса на симулация на FEA

Независимо от използвания софтуер, повечето FEA симулации следват тези обобщени стъпки.

3D модел на автомобилна рамка с визуално топлинно картографиране от Simcenter 3D software.

Предварителна обработка

Етапът на предварителна обработка включва редактиране на геометрията и подготовката й за симулация. В процес, наричан мрежоване, инструментът за предварителна обработка преобразува геометрията на проектирането в малки крайни елементи, преди да приложи свойства на материала, натоварвания, ограничения и симулационни параметри.

Разгледайте FE пред/последваща обработка

Софтуерът за симулация на CFD започва итеративно да решава дискретизираните уравнения с помощта на CFD решителя.

Решаване

Софтуерът за симулация на FEA започва итеративно да решава дискретизираните уравнения с помощта на решителя. Тази стъпка може да изисква значително време или изчислителни ресурси. За сложни симулации все повече предприятия се обръщат към изчисленията в облак като рентабилно решение на този проблем.

Разгледайте решителите на симулация на FEA

Линеен анализ на визуална механична структура от Simcenter 3D software.

Последваща обработка

След като решаването приключи, следващата стъпка е да анализирате и визуализирате резултатите от симулацията качествено и количествено, като използвате отчети, монитори, графики, 2D/3D изображения и анимации. Проверката и валидирането на резултатите също са включени в този етап.

Разгледайте FE пред/последваща обработка

Видове FEA анализ

1D анализ (модели на лъчи)
1D анализът се отнася до прилагането на модели, създадени единствено от едноизмерни елементи, състоящи се само от два възела, като елементи на лъча. 1D анализът може да бъде добър за разглеждане на ранен етап на анализ на структури, които обикновено са сложни за моделиране, като каросерия на автомобила или самолет. Моделът 1D лъч може да помогне на инженерите бързо да оценят динамиката на тялото, преди пълната геометрия да е готова за анализ на по-дълбоко ниво.

2D анализ (модели на черупки)
Инженерите свързват геометрията с двуизмерни елементи като четириъгълен или триъгълен елемент за тънкостенни тела, като части, изработени от ламарина. След това свойствата на елемента определят дебелината на елемента на черупката, която решителят ще използва за изчисляване на напрежението, напреженията и други резултати. Предпроцесорите на FEA имат алгоритми за бързо свързване, които помагат на инженерите да създадат мрежа от черупки върху геометрията.

3D анализ (твърди модели)
За твърда, груба геометрия, като блок на двигателя, инженерите използват твърди триизмерни елементи, за да представят геометрията. Тетра, пирамида и шестостенни елементи се създават в цялото твърдо тяло. Предпроцесорите на FEA разполагат с инструментите, от които инженерите се нуждаят, за да създадат модели с твърда мрежа.

Мултифизика FEA
Съвременният FEA е нещо повече от просто симулиране на един домейн на физиката поотделно. Днес FEA стана много по-мултидисциплинарен, като дава възможност на инженерите да обединят различни физики заедно, като взаимодействие течност-структура (FSI), термично-механична симулация, динамика на много тела със структурни Fe-базирани гъвкави тела, електромеханично-термични и др. Симулация на мултифизика е от основно значение във все по-сложните продукти, изискващи цялостно инженерство между домейните за постигане на максимална производителност.

Разгледайте продукти, свързани с FEA

Simcenter

Изпробвайте софтуера FEA безплатно

Софтуерни визуализации Simcenter 3D software, представляващи симулационен модел на дизайн на трактор.

Simcenter 3D пробна версия

Бързо трансформирайте CAD геометрията в използваема геометрия за симулация
Ефективно свързвайте и решете вашите модели за структурен анализ, за да получите представа за ефективността на дизайна
Бързо актуализирайте симулационния модел със Simcenter 3D software, за да проектирате промени, за да можете да симулирате отново за секунди

Опитайте сега

Често задавани въпроси

Анализът на крайните елементи (FEA) се използва успешно за продуктовото инженерство от десетилетия. Заедно с това непрекъснато се разработват подходи за моделиране с висока точност и по-прагматични, които ви позволяват да получите достатъчно точни резултати по-бързо.

Днес инженерите могат и трябва да изберат нивото на точност, което най-добре отговаря на техните нужди, за да отговорят на инженерни въпроси с минимални изчислителни усилия. Нивото на точност варира от техники за моделиране с висока точност, които позволяват прогнозирането на реалното поведение в рамките на няколко процента или дори по-малко, до бързи методи, които позволяват бързи прогнози за тенденциите.

Днес процесите на сертифициране и проверка на инструментите за симулация на FEA са добре установени. Те ще останат критична съставка за напредъка на FEA, неговата надеждност и доверие в дигиталните близнаци и установяването му в нови области. Докато прогнозната симулация непрекъснато ще намалява необходимостта от скъпи измервания и прототипиране, тя ще продължи да изисква строги FE методи и валидиране на най-добрите практики чрез експерименти.

Научете повече

Гледай

Уебинар при поискване | Повторно използване на наследени данни от крайни елементи за създаване на модели на системно ниво

Уебинар при поискване | Рационализиране на проектирането на кораби със симулация и управление на данни

Слушай

Подкаст | Усъвършенстване на проектирането и симулацията на електродвигатели с Adrian Perregaux

Подкаст | Изпълними цифрови близнаци: интелигентен часовник за машини

Прочети

Блогове | Открийте всички блогове на Simcenter FEA

Механична симулация | Прогнозирайте механичните характеристики в множество дисциплини, използвайки CAE