有限元模型
關(guān)注創(chuàng)建者：CAE追夢者 創(chuàng)建時間：2018-10-18
有限元模型的視頻教程
ANASYS APDL 前處理介紹——有限元模型建立
適用人群：ANSYS初學(xué)者 ANASYS APDL 前處理介紹——有限元模型建立（免費(fèi)）【已結(jié)束】 直播時間：2021-11-04 19:30 課程目的，教會初學(xué)者如何利用命令流建立工程結(jié)構(gòu)的有限元模型，參與課程大家能夠了解如何建立有限元模型，以及如何實現(xiàn)有限元模型的簡單后處理。
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ABAQUS-根據(jù)圖像分配材料屬性建立有限元模型
通過材料金相組織圖片建立有限元仿真模型，通過matlab二值化處理圖片，并根據(jù)圖片信息，以python二次開發(fā)為手段賦予不同材料屬性，建立有限元模型。
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有限元模型的實例教程
在有限元分析過程中，雖然有限元軟件最終是以有限元模型為計算對象，但是幾何模型也有著獨(dú)特的用處。例如在面上施加分布力系，此時使用幾何模型比有限元模型更有優(yōu)勢。
但是我們在有限元軟件之間轉(zhuǎn)換時，它們之間通常只能傳遞有限元信息，那么，對于一個從其它來源得到的有限元模型，我們能夠從它生成幾何模型嗎？
可以。ANSYS WORKBENCH的Finite Element Modeler可以根據(jù)有限元模型生成幾何模型，然后可以在幾何模型上加載。
本篇博文，就闡明這種技術(shù)。筆者首先使用某款三維軟件創(chuàng)建幾何模型，然后導(dǎo)入到HYPERMESH11中生成有限元模型，接著將該有限元模型導(dǎo)入到Finite Element Modeler中生成幾何模型，再次將此模型導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析系統(tǒng)中，在面上加載，最后進(jìn)行分析，查看等效應(yīng)力。下文將闡述此過程。
（1）創(chuàng)建幾何模型
首先使用任何一款三維軟件創(chuàng)建下圖所示的幾何體。
幾何體是什么形狀，并不重要。
用什么三維軟件，也并不重要。
讀者可以根據(jù)自己的需要，使用任意的三維軟件，創(chuàng)建任意的三維模型。
然后導(dǎo)出為*.stp格式的文件。
（2）創(chuàng)建有限元模型
本步驟將在HYPERMESH中劃分網(wǎng)格得到有限元模型
（2.1）導(dǎo)入幾何模型
打開HYPERMESH11，導(dǎo)入上面創(chuàng)建的幾何文件，結(jié)果如下圖。
（2.2）劃分網(wǎng)格
使用HYPERMESH中的任意網(wǎng)格劃分技術(shù)，創(chuàng)建如下的有限元模型。
（2.3）設(shè)置與ANSYS的接口并導(dǎo)出網(wǎng)格
進(jìn)入工具面板，開始準(zhǔn)備導(dǎo)出網(wǎng)格。
在上述工具面板中，依次使用1,2,3步，分別創(chuàng)建單元類型，材料模型，并把上述單元類型，材料模型與網(wǎng)格模型關(guān)聯(lián)。
展開 在有限元分析過程中，雖然有限元軟件最終是以有限元模型為計算對象，但是幾何模型也有著獨(dú)特的用處。例如在面上施加分布力系，此時使用幾何模型比有限元模型更有優(yōu)勢。
但是我們在有限元軟件之間轉(zhuǎn)換時，它們之間通常只能傳遞有限元信息，那么，對于一個從其它來源得到的有限元模型，我們能夠從它生成幾何模型嗎？
可以。ANSYS WORKBENCH的Finite Element Modeler可以根據(jù)有限元模型生成幾何模型，然后可以在幾何模型上加載。
本篇博文，就闡明這種技術(shù)。筆者首先使用某款三維軟件創(chuàng)建幾何模型，然后導(dǎo)入到HYPERMESH11中生成有限元模型，接著將該有限元模型導(dǎo)入到Finite Element Modeler中生成幾何模型，再次將此模型導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析系統(tǒng)中，在面上加載，最后進(jìn)行分析，查看等效應(yīng)力。下文將闡述此過程。
（1）創(chuàng)建幾何模型
首先使用任何一款三維軟件創(chuàng)建下圖所示的幾何體。
幾何體是什么形狀，并不重要。
用什么三維軟件，也并不重要。
讀者可以根據(jù)自己的需要，使用任意的三維軟件，創(chuàng)建任意的三維模型。
然后導(dǎo)出為*.stp格式的文件。
（2）創(chuàng)建有限元模型
本步驟將在HYPERMESH中劃分網(wǎng)格得到有限元模型
（2.1）導(dǎo)入幾何模型
打開HYPERMESH11，導(dǎo)入上面創(chuàng)建的幾何文件，結(jié)果如下圖。
（2.2）劃分網(wǎng)格
使用HYPERMESH中的任意網(wǎng)格劃分技術(shù)，創(chuàng)建如下的有限元模型。
（2.3）設(shè)置與ANSYS的接口并導(dǎo)出網(wǎng)格
進(jìn)入工具面板，開始準(zhǔn)備導(dǎo)出網(wǎng)格。
在上述工具面板中，依次使用1,2,3步，分別創(chuàng)建單元類型，材料模型，并把上述單元類型，材料模型與網(wǎng)格模型關(guān)聯(lián)。
展開 基于此，以 ABAQUS 軟件為依托，將橋梁檢測中重點區(qū)域進(jìn)行精細(xì)化建模并準(zhǔn)確、合理地連接到 整體模型中，以此建立可以細(xì)致分析重點區(qū)域受力 情況的多尺度有限元模型。通過矩形截面簡支梁計 算驗證精細(xì)化有限元模型和宏觀有限元模型之間 連接形式的正確性， 并以福建某實際橋梁工程為例，對比計算結(jié)果及檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)一步驗證多尺度有限元模型的準(zhǔn)確性。
1 多尺度有限元模型方法
多尺度有限元模型包含了宏觀及精細(xì)化有限元模型，其單元節(jié)點的自由度和精度不同，因此保 證不同單元界面之間正確合理地連接是多尺度有 限元模型建立的重難點[7]。當(dāng)宏觀有限元模型和精 細(xì)化有限元模型分別建立時，主要考慮邊界條件的轉(zhuǎn)換問題，二者的連接可采用多邊界插值法、雙重 子模型法、子模型法等方法；當(dāng)宏觀有限元模型和精細(xì)化有限元模型混合建立時，是不同維度單元的連接問題，二者之間的連接通常采用多點約束法[8-9]。
多點約束法是將一種節(jié)點自由度的耦合關(guān)系建立的多點約束方程，能處理線性及非線性的約束 問題，包含梁類型約束、線性約束、鉸結(jié)約束、綁定約束等。對于復(fù)雜的約束可以通過設(shè)置自由度矩陣來實現(xiàn)連接關(guān)系[10]。多點約束法的基本表達(dá)式如公 式（1）。
其中 uB 和 up 分別為單元界面連接處的節(jié)點位移向量，C 為界面連接約束方程的系數(shù)矩陣。
通過圖 1 可以直觀了解線性約束的原理，c 點被 a、b 兩點通過自由度線性插值的方式約束著。將宏觀有限元模型與局部精細(xì)化有限元模型建立在同一個模型中，通過多點約束法進(jìn)行連接過渡的多尺度有限元模型被認(rèn)為是計算精度最好且計算成本最少的方法。
展開 我們都知道，通過諸如HPERMESH這樣的有限元網(wǎng)格劃分軟件得到的模型，在傳入ANSYS以后，只包含節(jié)點和單元信息。但是當(dāng)我們在WB中使用模型操作時，有時候需要選擇幾何特征，如在圓孔面上施加圓柱支撐，而此時對象只有單元節(jié)點信息，并無體面線的幾何信息，該怎么辦呢？
顯然，處理此問題的有效途徑，在于把有限元模型與該有限元模型對應(yīng)的幾何模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，再一起導(dǎo)入到MECHANICAL中進(jìn)行分析，則既能夠既享受HYPERMESH的網(wǎng)格劃分的樂趣，又能充分享受對于幾何體設(shè)置邊界條件的便利了。ANSYS WORKBENCH提供了這種功能，下面舉一個例子，說明如何在ANSYS WORKBENCH中關(guān)聯(lián)有限元模型和對應(yīng)的幾何體，從而滿足上述要求。
幾何模型如下圖。該模型在DM中創(chuàng)建，在meshing中劃分網(wǎng)格，再導(dǎo)入到ANSYS 的WORKBENCH中的finite modeler中關(guān)聯(lián)幾何體，最后進(jìn)入到MECHANICAL中分析。下面說明其主要過程。
1. 創(chuàng)建幾何模型
使用任何一款三維建模軟件創(chuàng)建下圖的模型，注意單位用mm.然后導(dǎo)出為geom.stp.
2. 創(chuàng)建有限元模型
使用常用的有限元網(wǎng)格劃分軟件導(dǎo)入上述模型，得到有限元模型。
3. 使用finite element modeler打開有限元模型
進(jìn)入WORKBENCH，使用finite element modeler打開第二步創(chuàng)建的有限元模型如下
4.創(chuàng)建新的工作幾何體
首先創(chuàng)建新的工作幾何體
指明該幾何體的位置，就是第一步所導(dǎo)出的幾何模型文件
右鍵單擊該新的工作幾何體，并選擇“generate”
則樹形大綱結(jié)果如下
這是主窗口中得到的工作幾何體。
展開 文章應(yīng)用HyperMesh軟件+DrawBar插件，結(jié)合AtuoCAD軟件+FPointE插件輔助快速搭建復(fù)雜繁瑣的鋼筋有限元模型。本例針對一鋼筋混凝土橋的鋼筋模型搭建介紹以上工具的使用方法。視頻教程參見我的技術(shù)鄰免費(fèi)公開課<HyperMesh的鋼筋有限元模型搭建>。
1. 啟動DrawBar插件
2.創(chuàng)建局部坐標(biāo)系
1）局部坐標(biāo)系建立，能夠使在AuoCAD中提取的特征點在HyperMesh里快速到定位插入位置；
2）局部坐標(biāo)系建立，能夠為橫截面上鋼筋截面的復(fù)制提供方向，架立筋的延伸提供方向。
3.添加用于定位鋼筋橫截面位置的向量
4.AutoCAD打開圖紙，加載FPointE插件，設(shè)置環(huán)境變量
5.抽取圖紙中鋼筋特征點
1）確定鋼筋橫截面布置位置。
2）在鋼筋橫截面圖紙上抽取特征點。
詳見我的技術(shù)鄰免費(fèi)公開課<HyperMesh的鋼筋有限元模型搭建>。
6.導(dǎo)入AutoCAD中抽取的特征點
7.根據(jù)特征點分布建立橫截面鋼筋幾何模型
8.鋼筋橫截面幾何模型局部修改
9.將橫截面鋼筋幾何移動到特定組件中
詳見我的技術(shù)鄰免費(fèi)公開課<HyperMesh的鋼筋有限元模型搭建>。
10.沿局部坐標(biāo)系Z軸正向批量復(fù)制橫截面鋼筋幾何
詳見我的技術(shù)鄰免費(fèi)公開課<HyperMesh的鋼筋有限元模型搭建>。
11.網(wǎng)格劃分
詳見我的技術(shù)鄰免費(fèi)公開課<HyperMesh的鋼筋有限元模型搭建>。
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有限元模型的最新內(nèi)容
MODSIM模式：在CATIA里改完尺寸，點擊“刷新”，有限元模型自動同步變更，仿真結(jié)果“刷”一下就出來了！
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下期預(yù)告
到此，第一步“性格測試”已完成。但輪轂在高速過彎時會不會崩潰？下一期《輪轂彎曲疲勞仿真》，帶你進(jìn)一步解鎖CAD/CAE深度融合的魅力。
關(guān)鍵詞：熱源，瞬態(tài)，熱傳導(dǎo)，有限元求解器，三角形單元，自研
在《瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元求解器開發(fā)》一文中，我們介紹了自研的二維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)求解器。
當(dāng)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(guān)鍵的邊界條件，比如電發(fā)熱、化學(xué)反應(yīng)生熱。
熱源的處理
熱源是體熱，相對應(yīng)的熱流是面熱。兩者處理方式類似，都是根據(jù)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(cè)
</p><p>假人有限元模型是汽車碰撞安全工況仿真應(yīng)用中的重要工具模型，基于LS-DYNA求解器的Ansys DYNAmore 假人有限元模型在汽車行業(yè)中有眾多用戶和廣泛的應(yīng)用。本次會議將著重介紹Hans人體模型和WorldSID50th， ES2/2re，以及BioRID-II等假人有限元模型及其各個版本的新功能，讓用戶了解現(xiàn)階段這些人體模型及假人模型的基本情況。
文章名稱《Simulation of polycrystal deformation with grain and grain boundary effects》
DOI：10.1016/j.ijplas.2011.03.001
做多晶材料模擬時，我們經(jīng)常會遇到一個很現(xiàn)實的問題：晶粒尺寸明明會顯著影響強(qiáng)度，但在普通晶體塑性有限元模型里，這個效應(yīng)并不會自然出現(xiàn)。
文章推薦：《Reduced-order representations of crystallographic texture for application to surrogate modelling of austenitic stainless steel》
晶體塑性有限元（CPFE）模型在預(yù)測多晶材料宏觀性能與微觀晶體學(xué)織構(gòu)的相互作用中扮演著核心角色 。
一鍵生成的剛體承載支座包含 125×75mm 的矩形窗口，有限元模型中通過約束支座參考點實現(xiàn)固定。層合板四邊的約束條件設(shè)置為非完全固支：約束面內(nèi)位移 U1、U2 以及三個轉(zhuǎn)動自由度 UR1、UR2、UR3，但釋放法向位移 U3，從而還原靶板在沖擊載荷下的實際彎曲變形形態(tài)。
當(dāng)COMSOL Multiphysics將深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）、高斯過程（GP）和多項式混沌展開（PCE）三種代理模型深度集成到平臺中時，這一悖論被徹底打破——完整有限元模型（FEM）的"小時級求解"被壓縮為代理模型的"毫秒級響應(yīng)"，而精度損失被控制在工程可接受范圍內(nèi)。
然而，代理模型的"快"是有代價的：它需要先用海量高保真仿真數(shù)據(jù)"喂飽"自己。
關(guān)鍵詞：CFD，有限元，對流項，繞流，迎風(fēng)格式，湍流模型
在《流體有限元求解器開發(fā)-不可壓定常流動模型》一文中，我們介紹了考慮對流項的不可壓流動求解器的實現(xiàn)。
然而正如所預(yù)料的那樣，一旦流速高一些，或者粘性小一些，仿真結(jié)果就容易發(fā)散，收斂性成為一大難題。
為了解決這個問題，CFD大神們想出了各種手段，有的嚴(yán)格按照理論去處理盡力彌合。有的則主打靈感修正，問就是人工粘性、人工擴(kuò)散、人工穩(wěn)定
分析流程
① 基于3D設(shè)計模型，構(gòu)建機(jī)器人夾爪動力學(xué)模型；
② 輸入夾爪電機(jī)實際扭矩值，驗證與數(shù)學(xué)模型的相關(guān)性；
③ 建立對稱化有限元模型，開展MFBD分析以完成應(yīng)力評估；
④ 基于MFBD分析得到的應(yīng)力結(jié)果，進(jìn)行耐久性分析；
⑤ 分析并修正缺口系數(shù)，校正異常的疲勞壽命預(yù)測結(jié)果。
在CAE（計算機(jī)輔助工程）領(lǐng)域，有一個共識：工程師80%的時間都耗費(fèi)在有限元模型的建立、幾何清理與網(wǎng)格劃分上，而真正的仿真求解僅占20%。
