Skip to main content
Tämä sivu näytetään automaattisella käännöksellä. Näytä sen sijaan englanniksi?

Äärellisten elementtien analyysi

Finite element analysis (FEA) on tuotteiden ja kokoonpanojen virtuaalinen mallinnus ja simulointi rakenteelliseen, akustiseen, sähkömagneettiseen tai lämpösuorituskykyyn. FEA on äärellisten elementtien menetelmän (FEM) käytännön sovellus.

Mikä on äärellisten elementtien analyysi?

Äärellisten elementtien analyysi on tuotteiden ja järjestelmien mallintaminen virtuaalisessa ympäristössä mahdollisten (tai olemassa olevien) tuotteiden suorituskykyongelmien löytämiseksi ja ratkaisemiseksi. FEA on FEM: n käytännön sovellus, jota insinöörit ja tutkijat käyttävät matemaattisesti mallintamaan ja ratkaisemaan numeerisesti monimutkaisia rakenteellisia, akustisia, sähkömagneettisia, lämpö-, neste- ja multifysiikan ongelmia. FEA-ohjelmistoja voidaan käyttää monilla eri toimialoilla, mutta niitä käytetään yleisimmin ilmailu-, auto-, elektroniikka-, teollisuuskone-, meri- ja kuluttajatuoteollisuudessa.

Äärellisten elementtien (FE) malli käsittää pistejärjestelmän, jota kutsutaan ”solmuiksi”, jotka muodostavat mallin muodon. Näihin solmuihin on kytketty äärelliset elementit, jotka muodostavat äärellisen elementtiverkon ja sisältävät mallin materiaali- ja rakenteelliset ominaisuudet määrittäen, miten se reagoi tiettyihin olosuhteisiin. Äärellisen elementtiverkon tiheys voi vaihdella koko materiaalissa riippuen tietyn alueen jännitystasojen odotetusta muutoksesta. Alueet, joilla esiintyy suuria muutoksia stressissä, vaativat yleensä suuremman verkon tiheyden kuin ne, joilla on vähän tai ei lainkaan stressivaihtelua. Kiinnostavia kohteita voivat olla aiemmin testatun materiaalin murtumiskohdat, fileet, kulmat, monimutkaiset yksityiskohdat ja korkean jännityksen alueet.

Aiheeseen liittyvät tuotteet: Simcenter 3D | Simcenter Nastran | Simcenter Femap | Simcenter MAGNEETTI | Simcenter E-koneiden suunnittelu | Simcenter FLOEFD NX:lle

Person wearing VR headset with holographic interface projection
Visuaalinen kuva Simcenter Nastran -ohjelmistosta, johtavasta äärellisten elementtien menetelmän (FEM) ratkaisijasta.

Hyödynnä FEA:n avulla tuotteesi suorituskykyä

Katso, miten muut käyttävät FEA:ta innovaatioiden suunnitteluun Simcenterin avulla.

Selvitä edut

FEA on vakiintunut menetelmä, jota käytetään usein korvaamaan tai täydentämään kokeellisia ja analyyttisiä menetelmiä päivittäisten tuotteiden suunnittelussa ja analysoinnissa. Verrattuna prototyyppiin ja kokeisiin FEA-pohjaiset simulaatiot tarjoavat seuraavat edut.

Paranna suorituskykyä

Äärellisten elementtien analyysin avulla voit nopeasti analysoida ja tutkia suunnittelumahdollisuuksia tuotteen suorituskyvyn parantamiseksi.

Ajan lyhentäminen

Äärellisten elementtien analyysi auttaa tuomaan optimoidut tuotesuunnitelmat markkinoille nopeammin kuin rakennus- ja testausmenetelmä.

Kustannusten vähentäminen

Hyödyntämällä äärellisten elementtien analyysiä voit vähentää merkittävästi tuotekehityskustannuksiasi verrattuna perinteisiin fyysisiin prototyyppipohjaisiin testausprosesseihin.

Vaiheet FEA-simulointiprosessissa

Käytetystä ohjelmistosta riippumatta useimmat FEA-simulaatiot noudattavat näitä yleisiä vaiheita.

3D-malli auton rungosta lämpökartoitusvisuaalisella Simcenter 3D -ohjelmistolla.

Esikäsittely

Esikäsittelyvaihe sisältää geometrian muokkaamisen ja sen valmistelun simulointia varten. Verkotukseksi kutsutussa prosessissa esikäsittelytyökalu muuntaa suunnittelugeometrian pieniksi äärellisiksi elementeiksi ennen materiaalin ominaisuuksien, kuormien, rajoitusten ja simulointiparametrien soveltamista.

CFD-simulointiohjelmisto alkaa iteratiivisesti ratkaista diskretisoidut yhtälöt CFD-ratkaisijan avulla.

Ratkaiseminen

FEA-simulointiohjelmisto alkaa iteratiivisesti ratkaista diskretisoidut yhtälöt ratkaisijan avulla. Tämä vaihe voi vaatia huomattavaa aikaa tai laskentaresursseja. Monimutkaisten simulaatioiden osalta yhä useammat yritykset kääntyvät pilvilaskennan puoleen kustannustehokkaana ratkaisuna tähän ongelmaan.

Simcenter 3D software -ohjelmiston mekaanisen rakenteen lineaarinen analyysi.

Jälkikäsittely

Kun ratkaisu on valmis, seuraava vaihe on analysoida ja visualisoida simulaation tulokset laadullisesti ja kvantitatiivisesti raporttien, monitorien, kaavioiden, 2D/3D-kuvien ja animaatioiden avulla. Tulosten todentaminen ja validointi sisältyvät myös tähän vaiheeseen.

FEA-analyysin tyypit

1D-analyysi (sädemallit)
1D-analyysillä tarkoitetaan sellaisten mallien soveltamista, jotka on luotu yksinomaan yksiulotteisista elementeistä, jotka koostuvat vain kahdesta solmusta, kuten palkkielementeistä. 1D-analyysi voi olla hyvä tarkastelemaan varhaisen vaiheen analyysiä rakenteista, jotka ovat tyypillisesti monimutkaisia mallintaa, kuten auton kori tai lentokoneen runko. 1D-säteen malli voi auttaa insinöörejä arvioimaan nopeasti rungon dynamiikkaa ennen kuin koko geometria on valmis syvemmälle analyysille.

2D-analyysi (kuorimallit)
Insinöörit yhdistävät geometrian kaksiulotteisilla elementeillä, kuten neliö- tai kolmioelementeillä ohutseinäisille kappaleille, kuten ohutlevystä valmistetuille osille. Elementin ominaisuudet määrittävät sitten kuorielementin paksuuden, jota ratkaisija käyttää jännityksen, venymien ja muiden tulosten laskemiseen. FEA-esiprosessoreilla on nopeat verkkoalgoritmit, jotka auttavat insinöörejä luomaan kuoriverkon geometriaan.

3D-analyysi (kiinteät mallit)
Kiinteässä, paksussa geometriassa, kuten moottorilohkossa, insinöörit käyttävät kiinteitä kolmiulotteisia elementtejä geometrian esittämiseen. Tetra-, pyramidi- ja kuusioelementit luodaan koko kiinteään runkoon. FEA-esiprosessoreilla on työkalut, joita insinöörit tarvitsevat kiinteiden verkkomallien luomiseen.

Multifysiikka FEA
Moderni FEA on enemmän kuin vain yhden fysiikan alueen simulointi erikseen. Nykyään FEA:sta on tullut paljon monialaisempi, koska se antaa insinööreille mahdollisuuden yhdistää erilaisia fysiikoita, kuten nesteen ja rakenteen vuorovaikutus (FSI), lämpömekaaninen simulointi, monirunkodynamiikka rakenteellisten Fe-pohjaisten joustavien kappaleiden kanssa, sähkömekaaninen-lämpö ja paljon muuta. Multifysiikan simulointi on perustavanlaatuinen merkitys yhä monimutkaisemmissa tuotteissa, jotka edellyttävät kokonaisvaltaista monialaista suunnittelua maksimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Tutustu FEA-tuotteisiin

Kokeile FEA-ohjelmistoa maksutta

Simcenter 3D -ohjelmiston visuaalit, jotka edustavat traktorisuunnittelun simulaatiomallia.

Simcenter 3D kokeiluversio

  • Muunna CAD-geometria nopeasti käyttökelpoiseksi geometriaksi simulointia varten
  • Yhdistä ja ratkaise rakenteelliset analyysimallit tehokkaasti saadaksesi tietoa suunnittelun suorituskyvystä
  • Päivitä simulaatiomalli nopeasti Simcenter 3D -ohjelmistolla suunnittelemaan muutoksia, jotta voit simuloida uudelleen sekunneissa

Usein kysytyt kysymykset

Lue lisää

Katso

Tilauswebinaari | Vanhojen äärellisten elementtitietojen uudelleenkäyttö järjestelmätason mallien luomiseen

Tilauswebinaari | Aluksen suunnittelun virtaviivaistaminen simulaatiolla ja tiedonhallinnalla

Kuuntele

Podcastit | Sähkömoottorien suunnittelun ja simuloinnin edistäminen Adrian Perregaux'n kanssa

Podcastit | Executable Digital Twins: Älykello koneille

Lue

Blogeja | Tutustu kaikkiin Simcenter FEA-blogeihin

Mekaaninen simulointi | Ennusta mekaanista suorituskykyä useilla tieteenaloilla CAE: n avulla