第六章　有限元建模方法

第六章　有限元建模方法 CAD/CAE/CAM技术 Method of Finite Element Modeling

6.1 有限元建模概述6.2 几何模型的建立6.3 单元类型及单元特性6.4 网格划分方法6.5 边界条件定义第六章　有限元建模方法

6.1 有限元建模概述 前处理 pre-processing 求解 solving 后处理 Post-processing 一、有限元分析的三个阶段结构离散单元分析 ke 总刚集成 Kt {Pt} K 载荷移置 R 边界条件定义解线性方程组求单元应力、应变 、 结果处理、显示、分析

6.1 有限元建模概述 Physical problem Or Design modeling Finite element model Evaluate Optimize modify Solving(Calculating) results Post-processing

6.1 有限元建模概述 二、有限元建模的重要性 Modeling — a key stage in the process of finite element analysis • Affecting the result accuracy • Affecting the calculating process • High requirements for analysts • time - consuming

6.1 有限元建模概述 solvers Shape and material 三、有限元模型的定义 Finite element model Input data • Node data • Element data • Boundary condition data Interaction with outside

有限元模型 节点数据单元数据边界条件数据节点编号坐标值坐标参考系代码位移参考系代码节点总数单元编号单元节点编号单元材料特性码单元物理特性值码单元截面特性相关几何数据位移约束数据载荷条件数据热边界条件数据码其它边界条件数据码

6.1 有限元建模概述 最大变形单元数量四、有限元建模的基本原则 1 、保证精度原则

6.1 有限元建模概述 真实解二次单元最大变形一次单元单元数量四、有限元建模的基本原则 1 、保证精度原则

6.1 有限元建模概述 四、有限元建模的基本原则 2、控制规模原则 1. 计算时间 2. 存储容量 3. 计算精度 4. 其他

6.1 有限元建模概述 分析问题定义几何模型建立单元类型选择单元特性定义网格划分模型检查边界条件定义实际结构设计方案有限元模型测试结果比较模型修正计算软件单元库五、建模的一般步骤

6.1 有限元建模概述 fixed Example of modeling Calculation: stress, deformation,reaction

6.1 有限元建模概述 分析问题定义 • Plane stress structure • Static analysis • Linear

6.1 有限元建模概述 details ignored Geometric model for FEA CAD model

6.1 有限元建模概述 单元类型选择 Element type： 3节点三角形平面应力单元

6.1 有限元建模概述 单元特性定义 Element properties：材料特性：E, µ 单元厚度：t

6.1 有限元建模概述 网格划分

6.1 有限元建模概述 模型检查 • 低质量单元 • 畸形单元 • 重合节点 • 重合单元

6.1 有限元建模概述 边界条件定义集中力固定约束

6.1 有限元建模概述 Modeling Solving Post-processing

6.1 有限元建模概述 deformation

6.1 有限元建模概述 Stress distribution

6.1 有限元建模概述 Reaction

6.2 几何模型的建立 一、几何模型的定义 • geometric description of analyzed objects • providing geometric information for meshing

Meshing domain Geometric model 6.2 几何模型的建立一、几何模型的定义 Analyzed Object

6.2 几何模型的建立 CAD 模型 FEA几何模型

6.2 几何模型的建立

6.2 几何模型的建立 二、形状处理方法 Geometric model Actual shape Extracting Process the actual shape

Simplify 6.2 几何模型的建立 1、降维处理 3D 2D Solid model Plane Easy to mesh

Affecting size and relative density of mesh 6.2 几何模型的建立 2、细节简化 Ignore Details Details ——relatively very small

6.2 几何模型的建立 Considerations when ignoring details 1. Stress magnitude at details 2. What to Calculate

6.2 几何模型的建立 3、局部结构的利用

6.2 几何模型的建立 4、对称性的利用对称轴

6.2 几何模型的建立 1. 对称的基本形式 Reflection symmetry Types of symmetry Cyclic symmetry

6.2 几何模型的建立 Reflection symmetry

6.2 几何模型的建立 Cyclic symmetry

6.2 几何模型的建立 2. 对称面上的位移条件（1）反射对称的位移条件当载荷是对称载荷时，对称面上的位移条件为： 1) 垂直于对称面的移动位移分量为零； 2) 方向矢量平行于对称面的转动位移分量为零。

6.2 几何模型的建立 1) 垂直于对称面的移动位移分量为零； 2) 方向矢量平行于对称面的转动位移分量为零。

6.2 几何模型的建立 当载荷是逆对称载荷时，对称面上的位移条件为： 1) 平行于对称面的移动位移分量为零； 2) 方向矢量垂直于对称面的转动位移分量为零。

6.2 几何模型的建立 1) 平行于对称面的移动位移分量为零； 2) 方向矢量垂直于对称面的转动位移分量为零。

(i=1，2，3，4，5) 6.2 几何模型的建立 (2) 周期对称的位移条件

6.3 单元类型及单元特性 一、单元类型

6.3 单元类型及单元特性

6.3 单元类型及单元特性 1、一维、二维和三维单元

6.3 单元类型及单元特性 2、线性、二次和三次单元

第六章 有限元建模方法