初級分析用戶除了掌握必要的軟件操作技術(shù)之外，還需要在實(shí)踐中培養(yǎng)和提升仿真分析的概念思維能力，這既是完成一般性分析任務(wù)的客觀需要，也是提高分析水平的必然要求。筆者認(rèn)為，有限元分析中概念思維能力的培養(yǎng)和提升，可以從以下三個(gè)方面著手。

首先，要根據(jù)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的受力特點(diǎn)選用分析單元類型，確定單元類型的依據(jù)，就是材料力學(xué)和彈性理論的基本概念。采用實(shí)體單元、板殼單元、梁（桿）單元還是較為抽象的彈簧單元、連接單元等，都需要做到概念明確。比如：雙肢剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁，應(yīng)按其跨高比來確定采用殼單元還是梁單元來模擬，而不是不分場合都采用梁單元。為減少單元數(shù)，有的情況下可以用梁、殼單元來代替部分實(shí)體結(jié)構(gòu)，這時(shí)就涉及到實(shí)體與梁、殼的連接問題，由于實(shí)體單元的節(jié)點(diǎn)沒有轉(zhuǎn)動自由度，因此在模型處理時(shí)，應(yīng)基于連接部位位移協(xié)調(diào)原則建立約束方程，這同樣是基于材料力學(xué)的基本概念。

在建模過程中，會涉及到很多參數(shù)的輸入，用戶必須了解這些參數(shù)的量綱和物理意義。以熱應(yīng)力問題為例，可能涉及到的參數(shù)有彈性模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、參考溫度等。其中，熱膨脹系數(shù)的意義是單位溫度變化所引起的熱應(yīng)變，因此其單位為1/℃，導(dǎo)熱系數(shù)的意義是材料單位溫度梯度條件下單位面積上的熱功率，因此其單位W/(m℃)。很多初學(xué)者可能會簡單地認(rèn)為溫度應(yīng)力是由溫度產(chǎn)生，往往直接輸入一個(gè)溫度，造成計(jì)算錯(cuò)誤。實(shí)際上，溫度應(yīng)力是由于溫差和結(jié)構(gòu)的約束共同作用引起的，當(dāng)溫度變化時(shí)，材料中產(chǎn)生熱應(yīng)變（伸長或縮短），結(jié)構(gòu)的約束使其不能自由伸縮時(shí)即產(chǎn)生熱應(yīng)力。因此，熱應(yīng)力計(jì)算時(shí)一定涉及到兩個(gè)溫度，即：參考溫度和工作溫度，而參考溫度同樣需要正確輸入。

在網(wǎng)格劃分時(shí)，需要結(jié)合幾何特征和彈性力學(xué)的基本概念，決定網(wǎng)格的合適密度。圓孔附近的應(yīng)力集中問題解答就是彈性力學(xué)概念在這方面的一個(gè)典型的應(yīng)用。在應(yīng)力集中區(qū)域選擇合適的網(wǎng)格密度，以獲取較高精度的應(yīng)力解答。

根據(jù)材料力學(xué)，不受橫向分布荷載作用的梁，其撓曲線為三次，因此如采用線性插值的BEAM188單元，分析不受橫向載荷作用的梁、柱時(shí)，沿長度宜劃分為至少3~4個(gè)單元，否則位移精度無法滿足。

此外，在建立計(jì)算模型時(shí)，有的時(shí)候需要取一部分而不是整體結(jié)構(gòu)作為建模的范圍。實(shí)際上，整體結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)，則其任何局部均處于平衡狀態(tài)，因此結(jié)構(gòu)的任何局部均可作為研究對象加以分析，但是在確定建模范圍（求解域）時(shí)，需要根據(jù)概念來判斷所取范圍的邊界是否明確，不能把求解域的邊界設(shè)置在邊界條件不明確的位置。

施加約束和荷載時(shí)，注意方法并不唯一。一個(gè)典型的問題就是采用簡支梁加載形式還是懸臂梁加載形式。一個(gè)在跨中承受集中力的簡支梁，如果跨中截面被固定，左右支座位置處去掉支座代之以反力，則簡支梁變成兩段懸臂梁，約束條件不同，但是梁的受力狀態(tài)完全一致。

在機(jī)械結(jié)構(gòu)分析中，邊界條件的施加方法往往也不是唯一的。比如下圖所示的齒輪和齒條的分析，第一次分析時(shí)，在齒輪的內(nèi)側(cè)表面施加Remote Displacement，約束平動以及轉(zhuǎn)動；齒條右側(cè)施加Frictionless Support；齒條底部施加+Y向的2500N的力，這是一種可以接受的約束和加載方式。

如下圖所示，如果對齒輪的內(nèi)側(cè)放松轉(zhuǎn)動約束，僅保留平動約束，代之以施加第一種方式計(jì)算的反力矩-89.6Nm；齒條底部的Force代之以Frictionless Support，保留齒條右側(cè)的Frictionless Support。計(jì)算完成后，得到齒條底部的支反力約為2501N，與第一個(gè)方案是一致的。

此外，圣維南原理也可以在邊界條件處理方面提供指導(dǎo)，主要分為兩種情況：

■通過提取支反力（矩），檢查其是否與施加的外荷載平衡。在焊縫或螺栓連接處，整體結(jié)構(gòu)計(jì)算中可以將其簡化為綁定接觸，通過提取接觸面的反力，還可以查看和分析結(jié)構(gòu)中的荷載傳遞路徑。

■位移是彈性結(jié)構(gòu)有限元分析的基本解答。計(jì)算結(jié)束后要檢查變形分布是否符合實(shí)際約束和受力情況，如果變形不對，應(yīng)力應(yīng)變作為變形導(dǎo)出的結(jié)果，就先不用看了。

■ 應(yīng)力和應(yīng)變作為導(dǎo)出解，其精度不及位移。在位移正確的前提下查看應(yīng)力和應(yīng)變，可以查看各種強(qiáng)度法則所要求的應(yīng)力數(shù)值。以平面單元為例，由于一般采用2×2積分點(diǎn)方案，如下圖所示。節(jié)點(diǎn)應(yīng)力系積分點(diǎn)應(yīng)力插值而來，而相鄰單元在公共節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力通常又是平均后的結(jié)果，因此要注意不同輸出選項(xiàng)所觀察到的應(yīng)力結(jié)果的差異。在觀察殼單元的應(yīng)力結(jié)果時(shí)，除了考慮面內(nèi)積分點(diǎn)以外，還需要注意區(qū)分厚度方向不同位置的結(jié)果。

■ 在進(jìn)行動力學(xué)分析之前，首先通過模態(tài)分析研究結(jié)構(gòu)的動力特性，然后再來決定是否有必要做動力分析。動力學(xué)問題和靜力學(xué)問題的一個(gè)根本區(qū)別在于加載速度，一個(gè)可以參考的理論就是斜坡上升荷載作用下的動力響應(yīng)解答，如下圖所示。如果載荷上升時(shí)間長于結(jié)構(gòu)自振周期的數(shù)倍時(shí)，動力解與靜力解幾乎等同，這時(shí)也就不需要進(jìn)行動力分析了。

■ 由于結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程的解答包括特解項(xiàng)和齊次通解項(xiàng)，而對于一類常見的動力學(xué)問題——諧響應(yīng)問題，分析軟件給出的解答實(shí)際上是特解項(xiàng)，因此有些人直接施加簡諧荷載計(jì)算瞬態(tài)響應(yīng)的做法，顯然和諧響應(yīng)分析的解答不是一回事。