來源：頭條號 西安方元明科技

今天，我們來聊一聊有限元、有限元仿真、有限元分析，俗話說隔行如隔山，如果不在行內(nèi)試用，還真不知道有限元是啥？下面，讓我們一起來了解一下吧！

有限元到底是什么

有限元分析只是工程師工具包中用來幫助解決問題和尋找答案的眾多工具之一，其應(yīng)用幾乎涵蓋了力、沖擊、地震、溫度、噪音、振動、摩擦、耐久性、剛度和重量等，感興趣的所有方面。

有限元分析程序通常會導(dǎo)入計算機(jī)輔助設(shè)計幾何圖形，并創(chuàng)建一個網(wǎng)格，將體積或區(qū)域劃分為稱為元素的較小體積或區(qū)域。想象一下，每個元件都像一個彈簧，每個彈簧相互連接形成一個大彈簧。這種方法的好處是，在制作原型之前可以檢查任何形狀或形式的任何計算機(jī)輔助設(shè)計模型的應(yīng)力和變形，換句話說，有限元分析是虛擬樣機(jī)。

有限元分析提供了快速、廉價地探索各種原型選項(xiàng)和設(shè)計的能力。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)建并測試一個原型，您可能會發(fā)現(xiàn)該原型在50%負(fù)載時突然斷裂。然后，您將構(gòu)建另一個原型，使失敗的部分更厚，并重新測試。然后，您可能會發(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)計和測試循環(huán)，直到達(dá)到100%負(fù)載，沒有任何故障或損壞。

另一方面，你的原型可能第一次通過測試而沒有使用有限元分析，但是你不會知道你的儲備因子是什么，當(dāng)然除非你進(jìn)行破壞測試。如果你決定測試到毀滅，你將需要幾個原型組件用于每次設(shè)計迭代。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)計選擇，你需要測試至少27個原型來銷毀。

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

有限元分析的優(yōu)點(diǎn)之一是，在制作原型之前，您可以在計算機(jī)輔助設(shè)計模型的任何部分找到應(yīng)力，因此，您可以預(yù)測哪些區(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)計迭代。

有限元分析的另一個優(yōu)點(diǎn)是，你可以沿著構(gòu)建和測試路線看到你看不到的東西。例如，如果你讓灰鑄鐵鑄件過載，在它突然開裂或斷裂之前，變形可能是不明顯的?，F(xiàn)在，如果你想讓它在某個方向變得更硬，那么很難在試驗(yàn)臺架上測量如此小的撓度。通過有限元分析，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)建和測試原型非常昂貴，想象一下，在一個20米長、50噸重的高架移動式起重機(jī)上，一個試驗(yàn)臺證明地震運(yùn)動的可靠性要花多少錢。另一方面，有限元分析對尺寸或重量沒有限制。

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)材料來制造和測試您的組件。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。有限元分析將為您提供機(jī)會，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)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求準(zhǔn)確計算應(yīng)力， 以便對照容許應(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)動軟件包的能力，而是他們作為工程師的能力。

有限元分析具體能做什么

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)動學(xué)分析系統(tǒng)和計算流體動力學(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

• 計算機(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。

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