有限元分析提供了快速、廉價(jià)地探索各種原型選項(xiàng)和設(shè)計(jì)的能力。這使得有限元分析成為提高產(chǎn)品性能、降低成本和縮短項(xiàng)目交付周期的重要工具，如果您構(gòu)建并測(cè)試一個(gè)原型，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)該原型在50%負(fù)載時(shí)突然斷裂。然后，您將構(gòu)建另一個(gè)原型，使失敗的部分更厚，并重新測(cè)試。然后，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)您的原型在不同的地方在75%的負(fù)載下出現(xiàn)故障。重復(fù)設(shè)計(jì)和測(cè)試循環(huán)，直到達(dá)到100%負(fù)載，沒(méi)有任何故障或損壞。

另一方面，你的原型可能第一次通過(guò)測(cè)試而沒(méi)有使用有限元分析，但是你不會(huì)知道你的儲(chǔ)備因子是什么，當(dāng)然除非你進(jìn)行破壞測(cè)試。如果你決定測(cè)試到毀滅，你將需要幾個(gè)原型組件用于每次設(shè)計(jì)迭代。例如，如果你在三種相似的材料和三種載荷情況下有三種設(shè)計(jì)選擇，你需要測(cè)試至少27個(gè)原型來(lái)銷毀。

你永遠(yuǎn)不會(huì)真正知道你的好設(shè)計(jì)是什么，因?yàn)橹圃爝@么多原型和測(cè)試設(shè)備的成本和準(zhǔn)備時(shí)間是不可接受的。

有限元分析的優(yōu)點(diǎn)之一是，在制作原型之前，您可以在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型的任何部分找到應(yīng)力，因此，您可以預(yù)測(cè)哪些區(qū)域可能首先失效，以及哪些第二和第三區(qū)域可能在較高負(fù)載下失效。通過(guò)正確應(yīng)用有限元分析，您可以在仿真模型而不是物理原型上，有效地執(zhí)行設(shè)計(jì)迭代。

有限元分析的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，你可以沿著構(gòu)建和測(cè)試路線看到你看不到的東西。例如，如果你讓灰鑄鐵鑄件過(guò)載，在它突然開(kāi)裂或斷裂之前，變形可能是不明顯的。現(xiàn)在，如果你想讓它在某個(gè)方向變得更硬，那么很難在試驗(yàn)臺(tái)架上測(cè)量如此小的撓度。通過(guò)有限元分析，撓度很容易看到，這有助于您理解載荷路徑，并以最有效的方式加固結(jié)構(gòu)。

為大型組件和結(jié)構(gòu)構(gòu)建和測(cè)試原型非常昂貴，想象一下，在一個(gè)20米長(zhǎng)、50噸重的高架移動(dòng)式起重機(jī)上，一個(gè)試驗(yàn)臺(tái)證明地震運(yùn)動(dòng)的可靠性要花多少錢。另一方面，有限元分析對(duì)尺寸或重量沒(méi)有限制。（我們推薦你關(guān)注“機(jī)械工程師”公眾號(hào)，第一時(shí)間掌握干貨知識(shí)、行業(yè)信息）

塑料組件需要考慮的另一件事是，您的原型可能與您制造的組件使用不同的材料。用于大批量生產(chǎn)的注塑模具非常昂貴，因此您可能只能用類似的材料而不是生產(chǎn)材料來(lái)制造和測(cè)試您的組件。類似的塑料可以具有非常不同的機(jī)械性能，尤其是在經(jīng)受高溫或低溫以及重復(fù)負(fù)載循環(huán)時(shí)。有限元分析將為您提供機(jī)會(huì)，以最小的成本快速探索不同的材料選擇。

有限元分析尤其適用于高度管控行業(yè)中以安全為重點(diǎn)的部件， 如壓力容器。有許多設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求準(zhǔn)確計(jì)算應(yīng)力， 以便對(duì)照容許應(yīng)力進(jìn)行檢查。AS ME規(guī)范的某些部分允許有限元分析產(chǎn)生的應(yīng)力直接用于檢查符合要求的標(biāo)準(zhǔn)。

有限元分析只是一種工具，就像其他任何工具一樣，需要有足夠經(jīng)驗(yàn)的工程師來(lái)理解如何正確使用它。任何金融分析師最重要的屬性不是他們驅(qū)動(dòng)軟件包的能力，而是他們作為工程師的能力。

有限元分析是應(yīng)力和結(jié)構(gòu)分析最常用的工具。它還可以從運(yùn)動(dòng)學(xué)分析系統(tǒng)和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)等其他工具接收輸入數(shù)據(jù)。有限元分析軟件可用于：

• 機(jī)械工程設(shè)計(jì)

• 計(jì)算機(jī)輔助制圖和工程模擬服務(wù)

• 結(jié)構(gòu)分析

• 模態(tài)分析

• 固體力學(xué)

• 模具流動(dòng)分析

• 疲勞和斷裂力學(xué)

• 熱和電分析

• 金屬板成形分析

當(dāng)今大多數(shù)有限元分析軟件都非常準(zhǔn)確。劃分有限元分析服務(wù)的不是軟件，而是團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)。影響測(cè)試結(jié)果的一些因素是幾何、物理、材料特性和載荷的準(zhǔn)確輸入。同樣重要的是要記住，由于大多數(shù)有限元分析測(cè)試都是在理想的環(huán)境下進(jìn)行的，所以區(qū)分優(yōu)秀公司和優(yōu)秀有限元分析公司的是對(duì)結(jié)果的廣義解釋，而不是實(shí)際數(shù)字。這也是提供有限元分析服務(wù)的公司應(yīng)該擁有不同行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的原因。