有限元建模方法幻灯片.ppt

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1、有限元建模方法第1页，共83页，编辑于2022年，星期六2.1 有限元建模概述有限元建模概述2.2 几何模型的建立几何模型的建立2.3 单元类型及单元特性单元类型及单元特性2.4 网格划分方法网格划分方法2.5 边界条件定义边界条件定义主要内容主要内容第2页，共83页，编辑于2022年，星期六2.1 2.1 有限元建模概述有限元建模概述第3页，共83页，编辑于2022年，星期六 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-pro

2、cessing一一、有限元分析的三个阶段有限元分析的三个阶段 第4页，共83页，编辑于2022年，星期六建模建模后期处理后期处理求解（计算）求解（计算）物理问题或设计物理问题或设计模型修改模型修改或优化或优化有限元模型结果第5页，共83页，编辑于2022年，星期六建模建模 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 是有限元分析过程中的关键步骤是有限元分析过程中的关键步骤第6页

3、，共83页，编辑于2022年，星期六Finite 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第7页，共83页，编辑于2022年，星期六有限元模型节 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

4、边界条件数据码相关几何数据第8页，共83页，编辑于2022年，星期六四、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第9页，共83页，编辑于2022年，星期六单元数量最大变形一次单元二次单元真实解第10页，共83页，编辑于2022年，星期六2 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 第11页，共83页，编辑于2022年，星期六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

5、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 第12页，共83页，编辑于2022年，星期六Example of modelingfixedCalculation:stress,deformation,reaction第13页，共83页，编辑于2022年，星期六 Plane stress structure Static analysis Linear分析问题定义分析问题定义第14页，共83页，编辑于2022年，星期六CAD modeldetails ignoredGeometric model for FEA第15页，共83页，编辑于2022年，星期六Elem

6、ent 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第16页，共83页，编辑于2022年，星期六Element 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第17页，共83页，编辑于2022年，星期六网格划分网格划分第18页，共83页，编辑于2022年，星期六模模 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 重合单元重合单元第19页，共83页，编辑于2022年，星期六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第20页，共83页，编辑于2022年，星期六Modelin

7、gSolvingPost-processing第21页，共83页，编辑于2022年，星期六deformation第22页，共83页，编辑于2022年，星期六Stress distribution第23页，共83页，编辑于2022年，星期六Reaction 第24页，共83页，编辑于2022年，星期六2.2 2.2 几何模型的建立几何模型的建立第25页，共83页，编辑于2022年，星期六一、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第2

8、6页，共83页，编辑于2022年，星期六Analyzed ObjectMeshingGeometric modeldomain第27页，共83页，编辑于2022年，星期六CAD CAD 模型模型FEAFEA几何模型几何模型第28页，共83页，编辑于2022年，星期六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第29页，共83页，编辑于2022年，星期六二二、形状处理方法形状处理方法 Actual shapeExtractingProcess the actual shapeGeometric mo

9、del第30页，共83页，编辑于2022年，星期六1 1、降维处理、降维处理3D2DSimplifySolid modelPlaneEasy to mesh第31页，共83页，编辑于2022年，星期六第32页，共83页，编辑于2022年，星期六2 2、细节简化、细节简化 Ignore DetailsDetailsAffecting size and relative density of mesh relatively very small第33页，共83页，编辑于2022年，星期六第34页，共83页，编辑于2022年，星期六Considerations when ignoring detai

10、ls1.Stress magnitude at details2.What to Calculate第35页，共83页，编辑于2022年，星期六第36页，共83页，编辑于2022年，星期六3 3、局部结构的利用、局部结构的利用第37页，共83页，编辑于2022年，星期六4 4、对称性的利用、对称性的利用 对称轴对称轴第38页，共83页，编辑于2022年，星期六Types of symmetryReflection symmetryCyclic symmetry1 1）对称的基本形式）对称的基本形式 第39页，共83页，编辑于2022年，星期六Reflection symmetry第40页，共8

11、3页，编辑于2022年，星期六第41页，共83页，编辑于2022年，星期六Cyclic symmetry第42页，共83页，编辑于2022年，星期六Cyclic symmetry第43页，共83页，编辑于2022年，星期六2 2）对称面上的位移条件对称面上的位移条件 （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。第44页，共83页，编辑于2022年，

12、星期六1)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。第45页，共83页，编辑于2022年，星期六 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。第46页，共83页，编辑于2022年，星期六1)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

13、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。第47页，共83页，编辑于2022年，星期六(2)(2)周期对称的位移条件周期对称的位移条件(i=1，2，3，4，5)第48页，共83页，编辑于2022年，星期六2.3 2.3 单元类型及单元特性单元类型及单元特性第49页，共83页，编辑于2022年，星期六一、单元类型一、单元类型第50页，共83页，编辑于2022年，星期六单元名称维 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

14、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

15、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）弹簧结构弹簧结构单单元元类类型型第51页，共83页，编辑于2022年，星期六1 1、一维、二维和三维单元、一维、二维和三维单

16、元 第52页，共83页，编辑于2022年，星期六2 2、线性、二次和三次单元、线性、二次和三次单元 第53页，共83页，编辑于2022年，星期六3 3、传弯矩单元与非传弯矩单元、传弯矩单元与非传弯矩单元 第54页，共83页，编辑于2022年，星期六ElementExternal shape:meshInternal data:properties二、单元特性二、单元特性（Element properties）第55页，共83页，编辑于2022年，星期六element propertiesmaterial propertiesphysical propertiescross-sectional

17、propertieselement-related data第56页，共83页，编辑于2022年，星期六第57页，共83页，编辑于2022年，星期六1 1、材料特性、材料特性 第58页，共83页，编辑于2022年，星期六2 2、物理特性、物理特性 第59页，共83页，编辑于2022年，星期六3 3、截面特性、截面特性 第60页，共83页，编辑于2022年，星期六4 4、单元相关几何数据、单元相关几何数据 material orientation cross-section orientation rigid offset第61页，共83页，编辑于2022年，星期六2.4 2.4 网格划分方法网

18、格划分方法第62页，共83页，编辑于2022年，星期六accuracytime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)第63页，共83页，编辑于2022年，星期六第64页，共83页，编辑于2022年，星期六第65页，共83页，编辑于2022年，星期六2、网格疏密、网格疏密（relative density）Elements:132Max.stress:300.60MPaElements:84Max.stress:296.36MPa第66页，共83页，编辑于2022年，星期六3、单元阶次、单元阶次 (Element order)第67页，共83页，编

19、辑于2022年，星期六4、网格质量、网格质量 Mesh quality第68页，共83页，编辑于2022年，星期六5、网格分界面和分界点、网格分界面和分界点第69页，共83页，编辑于2022年，星期六Automatic meshingAdaptive meshingMeshingSemi-automatic meshing二、网格划分方法二、网格划分方法 第70页，共83页，编辑于2022年，星期六1、半自动分网方法、半自动分网方法第71页，共83页，编辑于2022年，星期六第72页，共83页，编辑于2022年，星期六第73页，共83页，编辑于2022年，星期六第74页，共83页，编辑于202

20、2年，星期六2、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 第75页，共83页，编辑于2022年，星期六3、自适应分网、自适应分网(Adaptive meshing)第76页，共83页，编辑于2022年，星期六2.5 2.5 边界条件定义边界条件定义第77页，共83页，编辑于2022年，星期六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 第78页，共83页，编辑于2022年，星期六第79页，共83页，编辑于2022年，星期六Concentrated LoadNodal Load二、载荷条件二、载荷条件 1 1、集中载荷、集中载荷 第80页，共83页，编辑于2022年，星期六Distributed Load2 2、分布载荷、分布载荷 第81页，共83页，编辑于2022年，星期六 Volume Load三、体积力三、体积力 第82页，共83页，编辑于2022年，星期六Temperature Load4 4、温度载荷、温度载荷 第83页，共83页，编辑于2022年，星期六