有限元分析
關注創建者：方冠生 創建時間：2015-11-10
有限元分析的視頻教程
基于Abaqus軟件的晶體塑性有限元分析(2)-基于UMAT的晶體塑性有限元程序
為了幫助大家在學習晶體塑性有限元分析過程中少犯錯和少走彎路，系列課程基于Abaqus軟件進行晶體塑性有限元分析(2)-基于UMAT的晶體塑性有限元程序。
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Abaqus有限元仿真分析視頻教程—入門篇
本套視頻為Abaqus有限元視頻教程的入門篇，主要講解Abaqus有限元軟件的基本操作技巧和應用，針對學習該軟件的初級學員。本課程采用abaqus6.14有限元分析軟件為工具，詳細介紹了abaqus有限元分析軟件的相關操作及有限元分析的相關理論。通過本教程，學員可掌握abaqus有限元軟件的基本操作和用法，能對簡單模型進行有限元分析并對結果進行判讀。
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基于Abaqus軟件的晶體塑性有限元分析(5)-常見運行錯誤的分析與后處理分析
為了幫助大家在學習晶體塑性有限元分析過程中少犯錯和少走彎路，系列課程基于Abaqus軟件進行晶體塑性有限元分析(5)-常見運行錯誤的分析與后處理分析。 常見運行錯誤的分析與后處理分析教學分為以下兩個方面： 常見的運行錯誤及解決方法 | 運行結果的后處理分析 基于Abaqus軟件進行晶體塑性有限元分析(5)-常見運行錯誤的分析與后處理分析。
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有限元分析的實例教程
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 有限元分析的另一個優點是，你可以沿著構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。現在，如果你想讓它在某個方向變得更硬，那么很難在試驗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構。
為大型組件和結構構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上，一個試驗臺證明地震運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械性能，尤其是在經受高溫或低溫以及重復負載循環時。有限元分析將為您提供機會，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中以安全為重點的部件， 如壓力容器。有許多設計規范和標準要求準確計算應力， 以便對照容許應力進行檢查。AS ME規范的某些部分允許有限元分析產生的應力直接用于檢查符合要求的標準。
有限元分析只是一種工具，就像其他任何工具一樣，需要有足夠經驗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動軟件包的能力，而是他們作為工程師的能力。
下載地址：曾攀有限元分析基礎教程
展開 一、有限單元法的基本原理
有限單元法（The Finite ElementMethod）簡稱有限元（FEM），它是利用電子計算機進行的一種數值分析方法。它在工程技術領域中的應用十分廣泛，幾乎所有的彈塑性結構靜力學和動力學問題都可用它求得滿意的數值結果。
有限元方法的基本思路是：化整為零，積零為整。即應用有限元法求解任意連續體時，應把連續的求解區域分割成有限個單元，并在每個單元上指定有限個結點，假設一個簡單的函數（稱插值函數）近似地表示其位移分布規律，再利用彈塑性理論中的變分原理或其他方法，建立單元結點的力和位移之間的力學特性關系，得到一組以結點位移為未知量的代數方程組，從而求解結點的位移分量. 進而利用插值函數確定單元集合體上的場函數。由位移求出應變, 由應變求出應力
二、ABAQUS有限元分析過程有限元分析過程可以分為以下幾個階段
1.建模階段:
建模階段是根據結構實際形狀和實際工況條件建立有限元分析的計算模型――有限元模型，從而為有限元數值計算提供必要的輸入數據。有限元建模的中心任務是結構離散，即劃分網格。但是還是要處理許多與之相關的工作：如結構形式處理、集合模型建立、單元特性定義、單元質量檢查、編號順序以及模型邊界條件的定義等。
2.計算階段:
計算階段的任務是完成有限元方法有關的數值計算。由于這一步運算量非常大，所以這部分工作由有限元分析軟件控制并在計算機上自動完成
3.后處理階段:
它的任務是對計算輸出的結果驚醒必要的處理，并按一定方式顯示或打印出來，以便對結構性能的好壞或設計的合理性進行評估，并作為相應的改進或優化，這是驚醒結構有限元分析的目的所在。
展開 對所有的單元表的列求和
在參數化的分析過程中可以修改其中的參數達到反復分析各種尺寸、不同載荷大小的多種設計方案，極大地提高了分析效率，減少了分析成本。同時，以APDL為基礎，用戶還可以開發專用有限元分析程序，或者編寫經常重復使用的功能小程序，保存成宏文件以供用戶隨時調用或創建成按鈕放在工具條上。另外，APDL也是ANSYS設計優化的基礎，只有創建參數化的分析流程才能對其中的設計參數執行優化改進，達到最優化設計。
APDL程序設計語言與其它編程語言一樣，具有參數、數組表達式、函數、流程控制（循環與分支）、縮寫、宏以及用戶程序等。其中命令執行中所使用到的參數可以被賦值為確定值，也可以通過表達式或參數的方式進行賦值。
圖3 ANSYS APDL 分支結構
下載地址：有限元分析ANSYS理論與應用下載
展開 08
結果處理與顯示
進入有限元分析的后處理部分，對計算出來的結果進行加工處理，并以各種形式將計算結果顯示出。
不同教材對有限元法步驟劃分有所不同，但其基本內容及原理是一致的，感興趣的朋友繼續深度研究哦~
下載地址：有限元分析基礎教程曾攀
有限元分析的相關專題、標簽、搜索
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關鍵詞：熱源，瞬態，熱傳導，有限元求解器，三角形單元，自研
在《瞬態熱傳導有限元求解器開發》一文中，我們介紹了自研的二維瞬態熱傳導求解器。
當時那個控制方程沒有考慮熱源，邊界條件中只涉及溫度、熱流、對流。然而在很多問題中，熱源才是最關鍵的邊界條件，比如電發熱、化學反應生熱。
熱源的處理
熱源是體熱，相對應的熱流是面熱。兩者處理方式類似，都是根據單位熱功率值和幾何尺寸計算熱功率，然后加到控制方程矩陣的右側
寫在前面
仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。
實施方法：在Ansys Mechanical結構有限元分析軟件中初始化Joint Finder后，在SDC Verifier中運行Beam Member Finder，以按方向對梁進行分段，并且運行Weld Finder，以識別模型中的焊縫。上述每個工具都提供可自定義的幾何結構、載荷、約束和有限元分析（FEA）模型選擇設置，使您能夠調整選項，以減少識別時間，并確保準確高效地準備分析模型。
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迭代過程如圖6所示：
圖6 優化目標迭代過程
· 流程為：有限元分析（FEA）求解各工況位移 → 計算各工況柔度和總目標函數 → 計算目標函數和約束的靈敏度 → 更新設計變量（單元密度）→ 收斂判斷。
7. 結果后處理與解讀：
· 優化結果是一個密度在0-1之間分布的云圖。
流體力學仿真（CFD）僅能計算風力載荷，但要評估結構在這些時變載荷下的動態響應（應力、變形、穩定性、振動頻率），則需要在CFD基礎上耦合結構力學分析模塊（如FEA有限元分析），這種多物理場仿真技術稱之為流-固耦合仿真（FSI）。
流-固耦合仿真（FSI）：計算流體域的流場壓力實時作用于固體結構網格上，結構的變形或振動也反過來影響流體邊界的形狀及流動狀況。
Abaqus 作為有限元分析（FEA）的標桿，擅長處理復雜的邊界條件和幾何接觸。將 VPSC 以 VUMAT（用戶材料子程序） 的形式集成進 Abaqus，能實現“1+1 > 2”的效果，例如宏微觀耦合： 每一個有限元積分點都代表一個多晶集合。有限元計算宏觀應變，VPSC 在微觀層面計算晶體旋轉和硬化，再反饋回宏觀應力。
傳統有限元分析通常采用各向同性塑性模型，通過宏觀應力–應變曲線描述材料響應。但實際金屬材料并不是“均勻黑箱”：晶粒取向、滑移系激活、織構演化都會影響局部塑性變形，尤其在薄壁管壓潰這類大變形、強局部化問題中，微觀結構可能對吸能行為產生重要影響。
針對這一問題，作者構建了一套可概括為CMSG-GTN的分析框架：一方面，在傳統GTN模型基礎上引入剪切損傷變量，用于表征低應力三軸度條件下的剪切主導失效；另一方面，將機制型應變梯度理論引入有限元分析，以刻畫超薄板在微尺度下顯著存在的尺寸效應。前者解決了“傳統GTN不擅長描述剪切斷裂”的問題，后者解決了“常規塑性理論忽略微尺度強化”的問題。
一、工程應力應變曲線
1.1 材料的關鍵參數
開展有限元分析前，必須明確材料的幾項基礎參數，這些參數構成了材料卡片的骨架。
彈性模量（楊氏模量）是工程應力應變曲線屈服段的斜率，即應力與應變的比值。金屬材料通常為210000 MPa或20600 MPa，塑料材料約為2350 MPa。這一參數直接決定了結構在彈性階段的剛度表現。
