有限元建模方法ppt课件.ppt

1 有限元建模概述有限元建模概述2 几何模型的建立几何模型的建立3 单元类型及单元特性单元类型及单元特性4 网格划分方法网格划分方法5 边界条件定义边界条件定义Kt Pt 结果处理、显示、分析 、 求单元应力、应变 载 荷 移 置 RK 边界条件定义 解线性方程组 总 刚 集 成 单 元 分 析 结 构 离 散 ke前处理pre-processing求 解solving后处理Post-processing1 有限元建模概述有限元建模概述一、一、有有限限元元分分析析的的三三个个阶阶段段 modelingPost-processing Solving(Calculating)Physical problemOr Design Evaluate Optimize modifyFinite element modelresultsModeling Affecting the result accuracy二、有限元建模的重要性二、有限元建模的重要性 Affecting the calculating process High requirements for analysts time - consuming a key stage in the process of finite element analysisFinite element model Node data Element data Boundary condition datasolversInput dataShape and material Interaction with outside三三、有限元模型的定义有限元模型的定义有限元模型节 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相关几何数据四、有限元建模的基本原则四、有限元建模的基本原则 1 1 、保证精度原则保证精度原则单元数量最大变形四、有限元建模的基本原则四、有限元建模的基本原则 1 1 、保证精度原则保证精度原则单元数量最 大变形一次单元二次单元真实解四、有限元建模的基本原则四、有限元建模的基本原则 2 2、控制规模原则、控制规模原则 1. 1. 计算时间计算时间 2. 2. 存储容量存储容量 3. 3. 计算精度计算精度 4. 4. 其其 他他 测试分析问题定义有限元模型有限元模型实际结构设计方案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 查边界条件定义软件单元库计算结果比较结果比较模型修正五、建模的一般步骤五、建模的一般步骤 Example of modelingfixedCalculation: stress, deformation,reaction Plane stress structure Static analysis Linear分析问题定义分析问题定义CAD modeldetails ignoredGeometric model for FEAElement typeElement type：3 3节点三角形平面应力单元节点三角形平面应力单元单元类型选择单元类型选择Element propertiesElement properties：材料特性：材料特性：E, 单元厚度：单元厚度：t单元特性定义单元特性定义网格划分网格划分模模 型型 检检 查查 低质量单元低质量单元 畸形单元畸形单元 重合节点重合节点 重合单元重合单元固定约束固定约束集中力集中力边界条件定义边界条件定义ModelingSolvingPost-processingdeformationStress distributionReaction 2 几何模型的建立几何模型的建立一、几何模型的定义一、几何模型的定义 geometric description of analyzed objects providing geometric information for meshing一、几何模型的定义一、几何模型的定义Analyzed ObjectMeshingGeometric modeldomainCAD CAD 模型模型FEAFEA几何模型几何模型结构类型几何模型型式平面（应力、应变）问题表面模型轴对称问题空间问题实体模型杆件结构线框模型薄板弯曲问题表面模型薄壳问题轴对称薄壳问题线框模型二二、形状处理方法形状处理方法 Actual shapeExtractingProcess the actual shapeGeometric model1 1、降维处理、降维处理3D2DSimplifySolid modelSolid modelPlanePlaneEasy to mesh2 2、细节简化、细节简化 Ignore DetailsDetailsAffecting size and relative density of mesh relatively very small1. Stress magnitude at details2. What to Calculate3 3、局部结构的利用、局部结构的利用4 4、对称性的利用、对称性的利用 对称轴对称轴Types of symmetryReflection symmetryCyclic symmetry Reflection symmetryCyclic symmetryCyclic symmetry （1 1）反射对称的位移条件）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：当载荷是对称载荷时，对称面上的位移条件为： 1) 1) 垂直于对称面的移动位移分量为零；垂直于对称面的移动位移分量为零； 2) 2) 方向矢量平行于对称面的转动位移分量为零。方向矢量平行于对称面的转动位移分量为零。1) 1) 垂直于对称面的移动位移分量为零；垂直于对称面的移动位移分量为零；2) 2) 方向矢量平行于对称面的转动位移分量为零。方向矢量平行于对称面的转动位移分量为零。0iu 当载荷是逆对称载荷时，对称面上的位移条件为当载荷是逆对称载荷时，对称面上的位移条件为： 1) 1) 平行于对称面的移动位移分量为零；平行于对称面的移动位移分量为零； 2) 2) 方向矢量垂直于对称面的转动位移分量为零。方向矢量垂直于对称面的转动位移分量为零。 1) 1) 平行于对称面的移动位移分量为零；平行于对称面的移动位移分量为零；2) 2) 方向矢量垂直于对称面的转动位移分量为零方向矢量垂直于对称面的转动位移分量为零。vj 0(2) (2) 周期对称的位移条件周期对称的位移条件 uuvviiii55(i=1，2，3，4，5) 3 单元类型及单元特性单元类型及单元特性 一、单元类型一、单元类型单元名称维 数节点自由度应 用平面应力单元平面应力单元Plane stress element22个移动自由度个移动自由度平面应力结构平面应力结构平面应变单元平面应变单元Plane strain element22个移动自由度个移动自由度平面应变结构平面应变结构空间实体单元空间实体单元Solid element33个移动自由度个移动自由度空间任意三维结构空间任意三维结构轴对称实体单元轴对称实体单元Axisymmetric solid element22个移动自由度个移动自由度空间轴对称结构空间轴对称结构板单元板单元Plate element23个移动自由度个移动自由度3个转动自由度个转动自由度平板结构平板结构壳单元壳单元Shell element23个移动自由度个移动自由度3个转动自由度个转动自由度曲面壳体曲面壳体轴对称壳单元轴对称壳单元Axisymmetric shell element12个移动自由度个移动自由度1个转动自由度个转动自由度轴对称曲面壳体轴对称曲面壳体杆单元杆单元Rod element13个移动自由度个移动自由度（平面杆单元（平面杆单元2个）个）桁杆结构桁杆结构梁单元梁单元Beam element13个移动自由度（平面梁个移动自由度（平面梁2个）个）3个转动自由度（平面梁个转动自由度（平面梁1个）个）梁结构梁结构弹簧单元弹簧单元Spring element13个移动自由度（平面个移动自由度（平面2个）个）3个转动自由度（平面个转动自由度（平面1个）个）弹簧结构弹簧结构1 1、一维、二维和三维单元、一维、二维和三维单元 2 2、线性、二次和三次单元、线性、二次和三次单元 3 3、传弯单元与非传弯单元、传弯单元与非传弯单元 ElementExternal shape: meshInternal data: properties二、单元特性（二、单元特性（Element properties）element propertiesmaterial propertiesphysical propertiescross-sectional propertieselement-related data1 1、材料特性、材料特性 2 2、物理特性、物理特性 3 3、截面特性、截面特性 4 4、单元相关几何数据、单元相关几何数据 material orientation cross-section orientation rigid offsetaccuracytime一一、网格划分原则网格划分原则 1、网格数量、网格数量 (Number of mesh )4 网格划分方法网格划分方法 2、网格疏密、网格疏密 （ relative density）Elements: 132Max.stress: 300.60MPaElements: 84Max.stress: 296.36MPa3、单元阶次、单元阶次 (Element order)4、网格质量、网格质量 Mesh quality5、网格分界面和分界点、网格分界面和分界点Automatic meshingAdaptive meshingMeshingSemi-automatic meshing二、网格划分方法二、网格划分方法 1、半自动分网方法、半自动分网方法2、自动分网方法、自动分网方法 自动分网的一般过程自动分网的一般过程 3、自适应分网、自适应分网(Adaptive meshing)Displacement Restraints1 1、位移约束的必要性、位移约束的必要性 一、位移约束条件一、位移约束条件 5 边界条件定义边界条件定义Concentrated LoadNodal Load二、载荷条件二、载荷条件 1 1、集中载荷、集中载荷 Distributed Load2 2、分布载荷、分布载荷 Volume LoadFm a 2Fm amR 2三、体积力三、体积力 Temperature Load FBDTtteTTxy100dd4 4、温度载荷、温度载荷