Skip to main content
Эта страница переведена автоматически. Перейти к английской версии?

Анализ методом конечных элементов

Анализ методом конечных элементов (FEA) — это виртуальное моделирование и моделирование конструктивных, акустических, электромагнитных или тепловых характеристик изделий и узлов. FEA — это практическое применение метода конечных элементов (FEM).

Что такое анализ методом конечных элементов?

Анализ методом конечных элементов — это моделирование продуктов и систем в виртуальной среде для поиска и решения потенциальных (или существующих) проблем с производительностью продукта. FEA — это практическое применение метода FEM, который используется инженерами и учеными для математического моделирования и численного решения сложных структурных, акустических, электромагнитных, тепловых, жидкостных и мультифизических задач. Программное обеспечение FEA может использоваться в широком спектре отраслей, но чаще всего оно используется в авиационной, автомобильной, электронной, промышленной, морской и потребительской промышленности.

Модель конечных элементов (FE) состоит из системы точек, называемых «узлами», которые формируют форму конструкции. К этим узлам подключены конечные элементы, образующие сетку конечных элементов и определяющие материал и структурные свойства модели, определяющие ее реакцию на определенные условия. Плотность сетки конечных элементов может варьироваться по всему материалу в зависимости от ожидаемого изменения уровней напряжений в конкретной области. В областях, где наблюдаются значительные изменения напряжения, обычно требуется более высокая плотность сетки, чем в областях, где изменения напряжения незначительны или отсутствуют. В число объектов, представляющих интерес, могут входить точки разрушения ранее испытанного материала, скругления, углы, сложные детали и участки с высоким напряжением.

Сопутствующие продукты: Simcenter 3D | Simcenter Nastran | Simcenter Femap | Simcenter Magnet gt; | Проектирование электронных машин Simcenter | Simcenter FLOEFD для NX

Person wearing VR headset with holographic interface projection
Визуализация Simcenter Nastran software, ведущего решателя на основе метода конечных элементов (FEM).

Используйте FEA для повышения производительности вашего продукта

Узнайте, как другие используют FEA для разработки инноваций с помощью Simcenter.

Узнайте о преимуществах

FEA — это хорошо зарекомендовавшая себя методология, часто используемая для замены или дополнения экспериментальных и аналитических методов, помогающих в проектировании и анализе повседневных продуктов. По сравнению с прототипированием и экспериментами моделирование на основе FEA дает следующие преимущества.

Повысить производительность

Анализ методом конечных элементов позволяет быстро анализировать и изучать технические возможности повышения производительности продукта.

Сокращение времени

Анализ методом конечных элементов помогает выводить на рынок оптимизированные проекты изделий быстрее, чем метод сборки и тестирования.

Снижение затрат

Используя анализ методом конечных элементов, вы можете значительно снизить затраты на разработку продукта по сравнению с традиционными процессами тестирования на основе физических прототипов.

Этапы процесса моделирования FEA

Независимо от используемого программного обеспечения, большинство симуляций FEA следуют этим обобщенным шагам.

3D-модель рамы автомобиля с визуальным отображением температуры от Simcenter 3D software.

Предварительная обработка

Этап предварительной обработки включает редактирование геометрии и подготовку ее к моделированию. В процессе, называемом созданием сеток, инструмент предварительной обработки преобразует проектную геометрию в небольшие конечные элементы перед применением свойств материала, нагрузок, ограничений и параметров моделирования.

Программное обеспечение для моделирования CFD начинает итеративное решение дискретизированных уравнений с использованием решателя CFD.

Решение

Программное обеспечение для моделирования FEA начинает итеративное решение дискретизированных уравнений с помощью решателя. Этот шаг может потребовать значительного времени или вычислительных ресурсов. Для сложного моделирования все больше предприятий обращаются к облачным вычислениям в качестве экономичного решения этой проблемы.

Линейный анализ механической конструкции (визуальная форма) Simcenter 3D software.

Последующая обработка

После завершения решения следующим шагом будет анализ и визуализация результатов моделирования в качественном и количественном отношении с использованием отчетов, мониторов, графиков, 2D/3D-изображений и анимации. Проверка и валидация результатов также включены в этот этап.

Типы анализа FEA

Одномерный анализ (модели балок) Под одномерным анализом понимается применение моделей, созданных исключительно из одномерных элементов, состоящих только из двух узлов, таких как балочные элементы. Одномерный анализ может быть полезен для анализа на ранних стадиях конструкций, которые обычно сложно моделировать, таких как кузов автомобиля или планера. Модель одномерного луча может помочь инженерам быстро оценить динамику кузова до того, как полная геометрия будет готова к более глубокому анализу.

Двухмерный анализ (модели оболочек) Инженеры объединяют геометрию с помощью двумерных элементов, таких как четырехмерные или треугольные элементы для тонкостенных тел, например деталей из листового металла. Затем свойства элемента определяют толщину оболочечного элемента, которую вычислитель будет использовать для расчета напряжений, деформаций и других результатов. В препроцессорах FEA используются алгоритмы быстрого построения сеток, которые помогают инженерам создавать оболочечную сетку на основе геометрии.

Трехмерный анализ (твердотельные модели) Для представления геометрии твердых массивных объектов, таких как блок двигателя, инженеры используют трехмерные твердотельные элементы. По всему твердому телу образованы тетра-, пирамидальные и шестигранные элементы. В препроцессорах FEA есть инструменты, необходимые инженерам для создания сплошных сетчатых моделей.

Multiphysics FEA Modern FEA — это больше, чем просто моделирование отдельной области физики по отдельности. Сегодня метод FEA стал гораздо более многодисциплинарным, поскольку позволяет инженерам объединять различные виды физики, такие как взаимодействие жидкости и структуры (FSI), тепломеханическое моделирование, динамика многих тел со структурными гибкими телами на основе FE, электромеханико-термическое и многое другое. Мультифизическое моделирование имеет фундаментальное значение во все более сложных продуктах, требующих комплексного межотраслевого проектирования для достижения максимальной производительности.

Изучите продукты, связанные с FEA

Попробуйте программное обеспечение FEA бесплатно

Simcenter 3D software визуальные материалы, представляющие имитационную модель конструкции трактора.

Пробная версия Simcenter 3D

  • Быстро преобразуйте геометрию CAD в удобную геометрию для моделирования
  • Эффективно создавайте сетки и решайте модели для структурного анализа, чтобы получить представление о производительности проектирования Быстрое
  • обновление имитационной модели с помощью Simcenter 3D software внести изменения в конструкцию, чтобы можно было снова моделировать за считанные секунды

Часто задаваемые вопросы

Узнайте больше

Смотреть

Вебинар по запросу | Повторное использование устаревших конечно-элементных данных для создания моделей на системном уровне

Вебинар по запросу | Оптимизация проектирования судов с помощью

моделирования и управления данными

Читайте

Блоги | Откройте для себя все блоги Simcenter FEA

Механическое моделирование | Прогнозирование механических характеристик в различных областях

с помощью CAE