CAE有限元分析的案例
電機電磁場CAE有限元分析探討
電機電磁場CAE有限元分析探討
(資料來源：半導體仿真論壇 http://www.iccae.com)
朱全敏
一、計算機輔助工程（CAE）
計算機輔助工程是隨著CAD/CAM技術的發展而出現的一種新技術，它的含義和功能范圍還沒有統一的提法，有些專家將CAE看成是包含工程分析在內的廣義的CAD/CAM，同時由于CAE在機械工程中的應用最廣泛（如鐵路貨車產品結構有限元分析系統），因而把廣義的CAE稱做MCAE。但是，很多數學者目前還是把CAE看成是以計算力學為基礎，以計算機仿真（模擬）為手段的工程分析技術，并相應地把它歸入廣義的CAD功能中，作為實現產品優化設計的主要支持模塊。按照后一看法，CAE技術包括有限元FEM和邊界元BEM分析、運動機構分析、氣動或流場分析、電路設計和磁場分析等。其中有限元分析在機械CAD中應用最廣泛。這種方法，首先在幾何上把分析對象劃分成有限個單元，由互相交叉的網格節點形成有限個元素，然后通過計算每個單元或節點的特性，分析整體的特性。有限元分析法是近20年來發展起來的技術，隨著應用規模和范圍的不斷擴大，其理論和技術日益完善，它最突出的優點是通用性強，可用于工程結構力學、熱傳導、液壓、氣動力學等的分析中，適用于包括電子、航空、航天在內的各種機械工程領域。同時，對于各類工程分析問題，有相當一部分相似的處理過程，因而非常適用于標準化。
二、電機CAE的發展
20世紀70年代以來，隨著科學技術的迅猛發展與社會需求日趨多樣化，市場變化頻繁，競爭激烈。表現在電機產品方面，產品更新換代的周期越來越短，產品的性能、質量、價格以及交貨期的競爭越來越激烈。對大數電機廠來說，一個明顯的特點是多品種、小批量生產占主導地位。
展開 《有限元分析與CAE技術基礎》
第1章 緒論
1．1 CAE的基本概念
1．2 CAE發展歷史
1．3 CAE分析過程及內容
1．4 CAE產品的關鍵技術指標
1．5 CAE軟件中的有限元網格剖分
1．6 CAE軟件的后處理系統
第2章 有限元分析的基礎理論與方法
2．1 引言
2．2 有限元分析的彈性力學理論基礎
2．2．1 彈性力學的基本控制方程
2．2．2 有限元分析的變分原理基礎
2．2．3 位移模式有限元法的單元位移模式和形函數
2．2．4 單元矩陣與向量具體表達形式舉例
2．3 動力學分析有限元法
2．3．1 動力有限元分析的基本方程
2．3．2 動力學分析的質量矩陣與阻尼矩陣
2．3．3 動力特征值問題
2．3．4 基于頻域的動力學問題分析
2．3．5 減縮動力系統自由度的方法
2．4 非線性有限元分析
2．4．1 材料非線性有限元分析
2．4．2 與時間相關的材料非線性問題分析
2．4．3 幾何非線性問題的有限元分析
2．4．4 結構屈曲穩定性分析
2．4．5 接觸問題有限元分析
2．5 熱傳導問題有限元分析方法
2．5．1 熱傳導分析的基本方程
2．5．2 熱傳導方程求解的有限元法
2．5．3 非線性熱傳導分析的有限元法
2．5．4 相變熱傳導問題分析的有限元法
2．6 電磁問題有限元分析
2．6．1 電磁問題分析的基本控制方程
2．6．2 電磁場分析的有限元方程
2．6．3 維靜態電磁場的有限元分析
2．6．4 維瞬態渦流場的有限元分析
2．6．5
展開 CAE/有限元分析工程師考級標準，你是第幾級？
CAE工程師要學的課程，宛如一段貫口：有張量理論、理論力學、材料力學、結構力學、彈性力學、塑性力學、斷裂力學、板殼理論、振動力學、機械原理、機械零件、金屬材料…
CAE/有限元分析工程師考級標準，你是第幾級？
今天和大家一起侃侃如何成為一個合格的CAE/有限元分析工程師。
這還要從N多年前傳統機械結構設計的狀況說起。Long long ago，工程師設計時所依靠的還是設計規范和設計經驗，對的，某種程度來說和第六感差不多吧。
那時候，對于常見結構，傳統的設計可以保證結構的安全性，不能保證設計的最優性，不利于結構設計的經濟性。對于復雜的結構，這樣的設計甚至連使用的可靠性都無法合理的考慮。
后來，隨著現代數值模擬方法在工程領域的應用，計算機輔助分析可以在設計階段對結構進行校核、優化，使工程師在產品未生產之前就對設計的經濟性、安全性有所認識。
CAE工具千千萬，然而有限元方法由于較為成熟，在工業領域應用最廣而脫穎而出了。擇日不如撞日，小編今天就為大家帶來有限元分析的學習經驗，其中有限元分析將特指結構分析。
作為一個合格的有限元分析工程師少了以下三方面技能可是萬萬不行的
1、基本功要扎實！！！
要有堅實的理論基礎，包括力學理論（對于結構有限元分析工程師）和有限元理論等等；
2、練的軟件操作！！！
即能夠熟練應用必要的有限元分析軟件；
3、富的工程實踐經驗！！！
對于不同的工程問題能夠準確的做出判斷和確定分析方案。
三個方面中，比較容易解決的是軟件操作，在這個盜版軟件和“史上最全XX軟件教程”滿天飛的時代，軟件下下，裝裝so easy！通過一些練習題就可以很快掌握軟件操作了。
展開 cae論壇精華帖：CAE有限元分析介紹
采用CAD技術來建立CAE的幾何模型和物理模型，完成分析數據的輸入，通常稱此過程為CAE的前處理。同樣，CAE的結果也需要用CAD技術生成形象的圖形輸出，如生成位移圖、應力、溫度、壓力分布的等值線圖，表示應力、溫度、壓力分布的彩色明暗圖，我們稱這一過程為：CAE的后處理。
基本結構：
1、分析步驟
應用CAE軟件對工程或產品進行性能分析和模擬時，一般要經歷以下三個過程： 前處理：對工程或產品進行建模，建立合理的有限元分析模型。 有限元分析：對有限元模型進行單元特性分析、有限元單元組裝、有限元系統求解和有限元結果生成。 后處理：根據工程或產品模型與設計要求，對有限元分析結果進行用戶所要求的加工、檢查，并以圖形方式提供給用戶，輔助用戶判定計算結果與設計方案的合理性。
2、結構與功能
CAE軟件的基本結構其中包含以下模塊： 前處理模塊---給實體建模與參數化建模，構件的布爾運算，單元自動剖分，節點自動編號與節點參數自動生成，載荷與材料參數直接輸入有公式參數化導入，節點載荷自動生成，有限元模型信息自動生成等。 有限元分析模塊---有限單元庫，材料庫及相關算法，約束處理算法，有限元系統組裝模塊，靜力、動力、振動、線性與非線性解法庫。大型通用題的物理、力學和數學特征，分解成若干個子問題，由不同的有限元分析子系統完成。一般有如下子系統：線性靜力分析子系統、動力分析子系統、振動模態分析子系統、熱分析子系統等。
后處理模塊---有限元分析結果的數據平滑，各種物理量的加工與顯示，針對工程或產品設計要求的數據檢驗與工程規范校核，設計優化與模型修改等。 用戶界面模塊、數據管理系統與數據庫、專家系統、知識庫。
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多種螺栓連接模型的有限元分析與研究（含算例CAE模型） ￥9.9
一、螺栓（螺釘）預緊力計算
螺栓帽或螺母的預緊力矩為 T=Kd* F0 （ N?mm）
式中，d——螺紋公稱直徑（mm）
F0——預緊力（N）
K——擰緊力矩系數（無量綱）
擰緊力矩系數K值表
摩擦表面狀態
K 值
有潤滑
無潤滑
精加工表面
0.10
0.12
一般加工表面
0.13~0.15
0.18~0.21
表面氧化
0.20
0.24
鍍鋅
0.18
0.22
干燥加工表面
——
0.26~0.30
螺栓的預緊力為
碳素鋼螺栓 F0 =（0.6~0.7）σs As (N)
合金鋼螺栓 F0 =（0.5~0.6）σs As (N)
式中，σs ——螺栓材料的屈服強度 （MPa）
As ——螺栓公稱應力截面積 （mm2）
而，As=（π/4）*（（d2+d3）/2）2
式中，d2 ——外螺紋中徑（mm）
d3 ——螺紋的計算直徑，d3=d1-H/6 ，其中H為螺紋原始三角形高度（mm）
d1 ——外螺紋小徑（mm）
二、有限元分析
（1）建立有限元模型
模型采用M2螺栓，M2螺栓的應力截面積為2.07 mm2，對于普通碳素結構鋼材料，如SWRCH10，性能等級按3.6，則其公稱屈服強度σs =180Mpa，預緊力為F0 =0.6*180*2.07=224N，而預緊力矩則為 T=0.22*（2/1000）*224=0.1 N?m
本算例利用Abaqus CAE創建有限元分析模型，模型中的6個螺栓連接點，分別采用5種類型的連接方式，支架下端約束6向自由度，由于動力性分析項目居多，這里以模態分析的結果作為目標進行對比分析
展開 【CAE知識】有限元是什么？有限元分析能具體做什么？
任何金融分析師最重要的屬性不是他們驅動軟件包的能力，而是他們作為工程師的能力。
有限元分析具體能做什么
有限元分析是應力和結構分析最常用的工具。它還可以從運動學分析系統和計算流體動力學系統等其他工具接收輸入數據。有限元分析軟件可用于：
機械工程設計
計算機輔助制圖和工程模擬服務
結構分析
模態分析
固體力學
模具流動分析
疲勞和斷裂力學
熱和電分析
金屬板成形分析
當今大多數有限元分析軟件都非常準確。劃分有限元分析服務的不是軟件，而是團隊的經驗。影響測試結果的一些因素是幾何、物理、材料特性和載荷的準確輸入。同樣重要的是要記住，由于大多數有限元分析測試都是在理想的環境下進行的，所以區分優秀公司和優秀有限元分析公司的是對結果的廣義解釋，而不是實際數字。這也是提供有限元分析服務的公司應該擁有不同行業經驗的原因。
本
文
來自頭條號 西安方元明科技
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展開 元王二次開發丨新能源汽車電池包CAE有限元仿真分析
一鍵自動創建分析工況及加載條件
6. 自動化后處理
7. 結果分析、定制化報告一站式輸出
元王電池包自動化CAE平臺真正實現仿真自動化，不僅能夠提升仿真效率，同時將標準規范參數化集成，將仿真分析經驗固化到平臺上，助力企業實現仿真經驗傳承。
元王專注仿真領域十三載，具有深厚的技術背景及豐富的實戰經驗，以工程仿真軟件開發為核心，集CAE咨詢、CAE培訓、CAE軟件研發與銷售為一體，全方位解決CAE應用問題，成就卓越產品研發，為企業創造價值！聯系方式13632683051（微信同號）
展開 板殼結構的CAE有限元分析
總結
本文通過WELSIM軟件對殼體模型進行分析，分別進行了靜力學，模態，和熱力學分析。并快速準確的得到數值結果。通過WELSIM的分析，為以后的的殼體結構強度，動力與熱分析節省了時間，驗證方案的可行性，為結構的進一步優化提供了依據。
注：本算例僅作為軟件演示用，不作為實際工程分析參考。板殼分析（Shell）是WELSIM v1.7中引入的新功能。WELSIM是一款由中國人研發的大型通用有限元軟件。
CAE算例丨基于算例分析ANSYS有限元分析后處理結點解與單元解的區別
時間歷程后處理器(POST26):用來觀察整個模型在不同時間段或荷載步上的結果，常用干處理瞬態分析和動力分
析結果。本算例為靜力分析，因此，該模型的后處理主要用到 POST1 處理器。
4.1顯示變形形狀
4.2顯示位移云圖
PLNSOL 為用等值線或云圖的方式顯示結點處的計算結果;PLESOL為用等值線或云圖的方式顯示單元的計算結果。
4.3顯示應力云圖
4.3.1顯示連續應力云圖
4.3.2顯示非連續應力云圖
文章來源：CAE仿真之家
有限元分析與CAE技術基礎
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展開 
CAE軟件和主要的有限元分析軟件
PAMCRASH和RADIOSS是顯式高度非線性分析軟件的代表；LS-DYNA在結構分析方面見長，是汽車碰撞房子（CRASH）和安全性分析（SAFETY）的首選工具；而MS.DYTRAN則在流固耦合分析方面見長，在汽車緩沖氣囊和國防領域應用廣泛。
目前，市場上的CFD軟件以美國ANSYS公司的FLUENT，CFX，英國Computational Dynamics 公司的STAR-CD，美國Metacomp Techenologies 公司的CFD++，美國Flow Science公司的FLOW-3D最優有代表性。
由于有限元技術的特點，使得有限元軟件的前后處理成為了一個相對獨立而又十分重要的部分。目前，在國際上被認可的前后處理軟件包括Altair公司的HyperMesh， MSC公司的Patran，EDS公司的FEMAP， SAMTECH公司的SAMCEF Field等。而有幾個專業的軟件專門針對有限元分析的后處理，比如挪威Ceetron公司的GLview Inowa和CEI公司的EnSight等軟件。一般情況下，前后處理軟件都與CAD軟件具有良好的接口，可與眾多的有限元軟件相結合，以便客戶更快，更方便地解決問題。
----------SAMCEF有限元分析與應用實例 周傳月
展開 實際工程中常見的CAE有限元仿真分析
實際的分析對象是連續體，具有無限多的自由度，所以其模態具有無窮階，要求用彈性動力學的偏微分方程解決，因為實際結構的復雜性，一般無法得到封閉解，通常都是用近似的方法來求解。
有限單元法就是一種常用的近似方法，可以比較正確的計算出足夠多的結構振動模態。有限元中模態分析的本質是求方程的特征值問題，所分析的結構振動模態的“階數”就是指要求的對應數學方程的特征值的個數。將特征值從小到大排列就是階次。
模態分析的目標是確定系統的模態參數，即系統的各階固有頻率和振型，為結構系統的動力特性分析和優化設計提供依據。
3 屈曲分析
在通常的結構分析中，結構處于一個穩定平衡的狀態。但是有一些承受較大壓應力的細薄結構，例如細長的受壓桿，受到較大水壓的深海容器等，當它們所受到的壓應力達到某個臨界值時，原來的平衡狀態就會變得不穩定，受壓的直桿會因為失去穩定性而變彎曲，受到高水壓的容器會因為失穩而壓癟。屈曲分析就是一種用于確定結構失去穩定性的臨界載荷和屈曲模態形狀的技術。廣泛應用于細薄結構的設計分析中。
4 非線性結構分析
固體力學從本質上講是非線性的，線性假設是實際問題的一種簡化，在分析線彈性體系時，假設節點位移無限小，材料的應力和應變關系滿足虎克定律，加載時邊界條件保持不變，若不滿足上述條件之一就會形成非線性問題。
展開 CAE軟件概述和主要的有限元分析軟件
PAMCRASH和RADIOSS是顯式高度非線性分析軟件的代表；LS-DYNA在結構分析方面見長，是汽車碰撞房子（CRASH）和安全性分析（SAFETY）的首選工具；而MS.DYTRAN則在流固耦合分析方面見長，在汽車緩沖氣囊和國防領域應用廣泛。
目前，市場上的CFD軟件以美國ANSYS公司的FLUENT，CFX，英國Computational Dynamics 公司的STAR-CD，美國Metacomp Techenologies 公司的CFD++，美國Flow Science公司的FLOW-3D最優有代表性。
由于有限元技術的特點，使得有限元軟件的前后處理成為了一個相對獨立而又十分重要的部分。目前，在國際上被認可的前后處理軟件包括Altair公司的HyperMesh， MSC公司的Patran，EDS公司的FEMAP， SAMTECH公司的SAMCEF Field等。而有幾個專業的軟件專門針對有限元分析的后處理，比如挪威Ceetron公司的GLview Inowa和CEI公司的EnSight等軟件。一般情況下，前后處理軟件都與CAD軟件具有良好的接口，可與眾多的有限元軟件相結合，以便客戶更快，更方便地解決問題。
----------SAMCEF有限元分析與應用實例 周傳月
展開 FEMTransfer_仿真分析有限元CAE模型轉換工具軟件
一、研發背景
FEMTransfer軟件（國家軟件著作權編號2015SR206700）是濟南快創智能科技有限公司從2013年開始開發，2015年形成初版代碼，2018年完成成熟穩定功能，現已投入各種實際工程項目使用中。本軟件的核心算法由畢業于哈爾濱工程大學船舶工程學院的張洪達先生完成，張洪達先生曾就職于中集海洋工程研究院、中國中車風電等單位，一直從事海洋結構物和風力發電機組的研發設計工作。
FEMTransfer軟件在航空航天、船舶與海洋工程、海上風電等專業有著重要作用，這些行業進行CAE仿真分析時對梁單元具有非常苛刻的要求，要求梁單元必須具有精準的朝向和偏移量。市面上的全部有限元模型轉換軟件都無法做到準確地保證梁單元的朝向和偏移量，只有本軟件專注于該方向，而且我公司技術人員自己也常年使用，通過該軟件可以同時將多款CAE仿真分析軟件的優勢都融合到一起，極大地提高工作效率。另外，FEMTransfer軟件是一款不依賴任何外部插件、完全國產自主知識產權的純底層算法類軟件，可以針對性地根據用戶反饋意見改進和定制開發新功能，打破國外CAE仿真技術壟斷。
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