有限元分析技术

第二章 有限元分析技术 2.1概述 有限单元法（Finite Element Method, FEM）是一种以计算机为手段，通过离散化将研究对象变换成一个与原结构近似的数学模型，再经过一系列规范化的步骤以求解应力，应变和位移等参数的数值计算方法。它是一种通用的近似计算方法，也是解决工程实际问题的强有力的数值计算工具之一。目前，FEM在航空，航天，机械，汽车，铁路，船舶，交通，建筑，电子，地质矿产，水利水电，石油化工，生物医学以及科学研究领域得到了非常广泛的应用，并越来越受到业界的高度重视。 有限元分析的一般过程如图2-1所示： 根据有限元分析的一般过程，在实际应用中主要有两中解决方案：编写程序和应用有限元分析软件。对于工科类学生而言，大多以应用工程软件为主。其优点是，学生通过使用软件，可以容易的解决一般的工程实际问题，学习时间短，效率高，但缺点是无法洞察软件所蕴涵的有限元分析理论。限于篇幅，本章以介绍软件应用为主。 用于有限元分析的应用软件很多，如SAP 5，ADINA，ANSYS，ALGOR，ABACUS，MARK，图2 -1 有限元分析的一般过程 产品结构造型 材料特性、几何特性及单元类型定义结构离散生成单元 施加载荷及边界条件 前置处理 单元分析 整体分析 求解器 单元分析 后置处理 NASTRAN，ASKA等。其中，ANSYS是由美国ANSYS公司研制开发的大型通用有限元分析软件，是目前市场上最流行，功能最强大的有限元分析软件之一，已广泛应用于多种学科及工程领域。它不但具有强大的前置处理，求解和后置处理功能，而且提供二次开发工具，并提供多种与CAD直接转换的接口。 因此，本章主要介绍ANSYS8.0软件的几个基本模块的使用和具体操作。希望通过三个实训模块的练习，使学生了解有限元分析的基本过程，并初步学会使用和操作ANSYS8.0分析软件。 2.2实训1——衍架的结构静力分析 结构静力分析是ANSYS软件中最简单，应用最广泛的一种功能，它主要用于分析结构在固定载荷（主要包括外部施加的作用力，稳态惯性力如重力和离心力，位移载荷和温度载荷等）作用下所引起的系统或部件的位移，应力，应变和力。一般情况下，结构静力分析适用于不考虑或惯性，阻尼以及动载荷等对结构响应的影响不大的场合，如温度，建筑规范中的等价静力风载和地震载荷等在结构中所引起的响应。 结构静力分析分为线性分析和非线性分析两类，由于非线性分析涉及大变形，塑性，蠕变和应力强化等内容，较为复杂，不适于作为入门教学。因此，...