Femap 实体模型简化和网格划分实例
有限元分析与FEMAP
随后，经过数学家从理论上的完 善，使有限元法不断发展，并逐 渐应用于求解航空、航天、机械 、电子、船舶、土木等众多的工 程问题
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什么是有限元分析？
这种包含了有限个未知量的有限单元模型，只能近似模拟具有 无限未知量的实际系统的响应。
所以问题是：怎样才能达到最好的 “近似”？ 然而，对该问题还没有一个容易的 解决方案。这完全依赖于你所模拟 的对象和模拟方式。我们将尽力通 过这次培训为你提供指导。
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有限元预备知识：有限元分析及应用
1-5 有限元法基本步骤
• 所研究问题的数学建模 （问题分析） • 结构离散 • 单元分析 （位移函数、单刚方程） • 整体分析与求解 （总刚方程与求解） • 结果分析及后处理
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有限元预备知识
（3）弹性极限：材料在外力作用下将产生变形，但是去除外力后仍能恢复原 状的能力称为弹性。金属材料能保持弹性变形的最大应力即为弹性极限，相应 于拉伸试验曲线图中的e点，以σe表示，单位为兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo 式中 Pe为保持弹性时的最大外力 。 （4）弹性模数：这是材料在弹性极限范围内的应力σ与应变δ（与应力相对应 的单位变形量）之比，用E表示，单位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα 式中α为拉伸 试验曲线上o-e线与水平轴o-x的夹角。反映金属材料刚性的指标。 （5）疲劳强度极限：金属材料在长期的反复应力作用或交变应力作用下（应 力一般均小于屈服极限强度σs），未经显著变形就发生断裂的现象称为疲劳 破坏或疲劳断裂，这是由于多种原因使得零件表面的局部造成大于σs甚至大 于σb的应力（应力集中），使该局部发生塑性变形或微裂纹，随着反复交变 应力作用次数的增加，使裂纹逐渐扩展加深（裂纹尖端处应力集中）导致该局 部处承受应力的实际截面积减小，直至局部应力大于σb而产生断裂。
2024版Femap整体介绍
Femap整体介绍•Femap软件概述•Femap界面与操作基础目录•前处理功能详解•求解器原理及性能评估•后处理功能展示与应用•Femap高级功能介绍•总结与展望01 Femap软件概述随着计算机技术的发展，Femap 不断进行升级和改进，逐渐在工程分析领域占据重要地位。
2000年后，Femap加入西门子数字化工业软件家族，成为其重要组成部分，为用户提供更全面的仿真分析解决方案。
起源于20世纪80年代，由美国公司开发，专注于有限元分析（FEA）领域。
软件背景及发展历程提供丰富的CAD 接口，支持多种几何模型导入；具备高效的网格划分工具，可快速生成高质量的有限元模型。
强大的前处理功能内置多种求解器，支持线性、非线性、动力学、热力学等多种分析类型，满足用户不同需求。
全面的求解器支持提供直观的云图、矢量图、动画等多种结果展示方式；支持自定义报告生成，便于用户进行结果分析和交流。
丰富的后处理功能Femap 界面友好，操作简便，支持Windows 操作系统，易于学习和使用。
易用性Femap 核心功能与特点能源领域用于风力发电机、石油管道等设备的强度和疲劳寿命评估。
航空航天用于飞机、发动机等复杂结构的设计和性能分析。
汽车工业应用于车身、底盘、发动机等部件的结构优化和碰撞安全性分析。
电子行业对电子设备结构进行热分析、振动分析等，优化产品设计。
科研与教育为科研机构和高校提供强大的仿真分析工具，促进科研和教学工作的发展。
应用领域与行业分布02 Femap界面与操作基础界面布局及主要功能模块网格划分模块提供多种网格生成技术和网格编辑工具，以满足不同分析需求。
建模模块用于创建和编辑几何模型，支持多种CAD数据格式的导入和导出。
主界面包括菜单栏、工具栏、模型树、属性窗口以及图形窗口等部分，为用户提供了直观的操作环境。
求解模块支持多种求解器接口，可进行线性、非线性、动力学等分析。
后处理模块提供丰富的结果可视化工具，帮助用户直观地理解和评估分析结果。
Femap_With_NXNastran
Femap with NX Nastran1© UGS Corp. 2005. All rights reserved.内容概述f产品评估过程的比较 f数字化仿真的目的 fFemap前后处理的优势 fNastran求解问题的优势 fFemap f案例 f总结with NX Nastran的功能2产品评估过程的比较传统方法：物理样机测试物理样机制造 数据采集 分析结果高成本/周期长 难以研究/再利用CAE方法：数字化仿真低成本/周期短 易于研究/再利用模型建立 解算 模型优化分析结果3数字化仿真的目的f增强对设计方案的理解和创新能力f了解零件的受力情况等，有效地使用材料f快速通过模型构造阶段f项目工程开始于对设计方案的评估分析结果f节省开发成本和开发周期f减少样机试制的频次和产品的可靠性用最低的开发成本，最快速的为市场 用最低的开发成本 最快速的为市场 提供最可靠的、最具竞争力的产品！4Femap p –更可靠、更易用的FEAf是Finite Element Method Application Program（有限元 方法应用程序的首字母组合） 全球领先的高级工程分析环境f ff专用的工程分析工具 由专 由专业工程师编写 程师编写f被全球顶级工程机构广泛采用f超过 10,000 10 000 家客户，涵盖所有行业、所有规模的工 程机构f强大的、深入的功能f快速、轻松解决极具挑战性的工程分析问题，如网格 的定义，对装配体的分析，强大的前后处理功能Chris Flanigan,5“在我们看来，Femap 是市场上最好的解决方案之一，而且简单易用。
” Quartus 工程公司Femap p –更可靠、更易用的FEAf基于Windows do s系统，直观的用户界面，易于使用f f f f生产力提高 – 使产品推向市场的时间更早 缩短学习周期 减少培训支出 具有应力分析向导，适合设计 程师使用 具有应力分析向导，适合设计工程师使用 行 中最好的性能价格 行业中最好的性能价格比f负担得起的CAE 解决方案ff f可升级，用于解决最复杂的工程分析问题 高质量的解决方案 以NX Nastran为求解器 高质量的解决方案，以 为求解器，功能强大，而且确 功能强大 而 确 保结果可信让分析师与设计师之间的关系更加密切，Femap 缩短了把产品推向 市场的时间，帮助改善创新过程6Femap p有限元分析的流程f f几何建模 (Solid Edge或其它CAD系统) 建立有限元模型 (Femap)f f f f施加载荷 施加约束条件 划分网格 (mesh) 定义材料和单元属性f f f分析求解 (NX Nastran或其它求解器) 结果评估 (Femap) 反馈给设计师对几何进行优化7Femap p前处理的优势f与Parasolid无缝集成，参数协同， 减少了CAD模型数据转换和导入 的时间，以及模型修补的时间 最优秀的CAD输入接口fff f强大的CAD建模能力超强的模型修补和简化能力 集成NX Nastran基本分析包Femap有20年以上的与Nastran集成的历史， Femap可以让使用者用到迄今为止最复杂的Nastran功能。
FEMAP培训教程1
有限元预备知识
（3）弹性极限：材料在外力作用下将产生变形，但是去除外力后仍能恢复原 状的能力称为弹性。金属材料能保持弹性变形的最大应力即为弹性极限，相应 于拉伸试验曲线图中的e点，以σe表示，单位为兆帕（MPa）：σe=Pe/Fo 式中 Pe为保持弹性时的最大外力 。 （4）弹性模数：这是材料在弹性极限范围内的应力σ与应变δ（与应力相对应 的单位变形量）之比，用E表示，单位兆帕（MPa）：E=σ/δ=tgα 式中α为拉伸 试验曲线上o-e线与水平轴o-x的夹角。反映金属材料刚性的指标。 （5）疲劳强度极限：金属材料在长期的反复应力作用或交变应力作用下（应 力一般均小于屈服极限强度σs），未经显著变形就发生断裂的现象称为疲劳 破坏或疲劳断裂，这是由于多种原因使得零件表面的局部造成大于σs甚至大 于σb的应力（应力集中），使该局部发生塑性变形或微裂纹，随着反复交变 应力作用次数的增加，使裂纹逐渐扩展加深（裂纹尖端处应力集中）导致该局 部处承受应力的实际截面积减小，直至局部应力大于σb而产生断裂。
解析解：δ= PL3/3EI
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什么是有限元分析？
离 散 化
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什么是有限元分析？
理论解析方法提供了固体、流体、热、电磁领域的完美求解方 程和边界条件，可对于复杂形体的不能得到解析解。 复杂形体是简单形体堆积的结果，简单的形体总是可以得到解 析结果，比如方块或四面体。 有限元方法就是把复杂形体用大量简单形体堆积，先处理简单 的形体，再推演处理复杂的形体，使得复杂问题简单化。 这每一个简单形体称为一个单元，单元越小，堆积出来的形状 越接近于真实实体。 有限元方法解决问题时首先将复杂的形体划分为网格，每个网 格就是一个单元，网格划分的越细，计算越精确。
有限元分析与 FEMAP
Femap技巧
Femap 技巧“后处理工具箱”是 FEMAP 10.2 的新增功能。
它在界面中提供一个固定位置，可在其中对分析结果进行后处理。
使用“视图>高级后处理>梁横截面”命令可直接在梁/棒单元的横截面上查看根据单元力计算的应力结果。
“模型>输出>强迫响应”命令可供您通过使用模态分析和其他指定输入的现有结果，在 FEMAP 内创建频率响应输出。
“特征编辑”、“几何体编辑”以及“网格曲面”工具已添加到网格划分工具箱中。
关于各工具的更多信息，请参见《命令》手册中的“网格划分工具箱”部分。
在网格划分工具箱内的“实体定位器”中，现在提供基于指定准则来定位单元的选项。
“连接”选项卡已添加到“可见性”对话框(“视图>可见性”命令或Ctrl+Q)，可控制“区域”和“连接器”的可见性。
“坐标系”选项卡已添加到“可见性”对话框(“视图>可见性”命令或Ctrl+Q)，可控制“坐标系”的可见性。
“坐标系”、“区域”和“连接器”的可见性复选框已添加到模型信息树中。
- 选项 - 工具和视图样式 - 模型剪切平面”可为该模型定义一个模型剪切平面。
不论位于该平面的正面还是负面，使用“视图模型中的所有实体都将被剪切。
通过“视图”工具条上“视图样式”图标菜单的“剪切平面”部分，可以控制模型剪切平面。
当“模型剪切平面”处于活动状态时，可按下 Ctrl 键并向上或向下转动鼠标滚轮来使该平面沿着垂直于已定义平面的矢量动态移动。
使用“视图 - 选项 - 标签、实体及颜色 - 曲线/曲面方向”可打开曲线和/或曲面的参数方向。
现在，更改“连接>自动”命令的“查找”选项即可自动定义边到面接触。
还可以通过“曲线”或“节点”定义“连接区域”并将“输出”设置为“节点”，从而以手动方式创建“边”连接区域。
使用“刚性单元”对话框中的合适选项卡可创建 RBE1、RBE2 或 RBE3 单元。
在“工具>检查>单元品质”下，“显式时间步”现已可用。
2024版FEMAP培训教程1
03
网格划分与优化策略
网格划分原则及技巧分享
遵循几何特征
根据模型的几何形状、尺寸和特 征进行网格划分，确保网格能够
准确反映模型的细节。
均匀性原则
尽量保持网格的均匀性，避免出 现过大或过小的网格，以提高计 算精度和稳定性。
问题解答和互动交流环节
针对学员在练习过程 中遇到的问题，进行 解答和指导。
通过讨论和互动，加 深对有限元分析方法 和应用的理解。
鼓励学员之间的互动 交流，分享各自的经 验和心得。
THANKS
感谢观看
FEMAP培训教程1
目录
• FEMAP软件简介与安装 • 模型建立基础 • 网格划分与优化策略 • 求解器设置与运算过程监控 • 后处理功能深入挖掘 • 实际应用案例分析与讨论
01
FEMAP软件简介与安装
FEMAP软件概述
FEMAP是一款广泛应用于有限元分析的软件，具有强大的前处理和后处理功能。
支持多种CAD软件格式（如 SolidWorks、CATIA、AutoCAD等） 的导入，实现与外部CAD软件的无缝 对接。
材料属性设置与分配
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材料库管理
内置丰富的材料库，用户 可自定义材料属性并添加 到材料库中，方便后续调 用。
材料属性分配
将材料属性分配给几何模 型中的各个部分，确保分 析结果的准确性。
进度条
部分软件提供进度条果文件类型
01
了解并掌握各种结果文件的输出方式和查看方法，如文本文件、
二进制文件等。
后处理软件
02
利用后处理软件查看和分析结果文件，如云图、等值线图等。
HyperMesh划分网格加载计算FEMFA查看结果实例
HyperMesh划分网格加载计算FEMFA查看结果实例目录第一部分HyperMesh软件简介 (3)1.1hypermesh简介 (3)1.1.1 启动Hypermesh软件 (3)1.1.2 界面简介 (4)1.1.3 快捷键 (4)第二部分网格划分 (9)2.1 几何清理 (9)2.1.1 打开模型 (9)2.1.2 调整视图 (9)2.1.3 几何清理 (8)2.2 2D网格划分.. ............................................................................................................................ .102.2.1导入模型 (10)2.2.2几何修补 (11)2.2.3网格划分 (12)2.3 3D 网格划分........................................................................................................... . (14)2.3.1导入几何 (14)2.3.2去实体 (15)2.3.3 2D网格划分 (15)2.3.4 3D 网格划分 (16)2.3.5 删除2D网格 (16)第三部分工况的建立 (20)3.1 componment的创建 (20)3.2 材料的创建 (238)3.3 属性的创建 (18)3.4 载荷的创建 (18)第四部分分析计算 (20)4.1静强度分析 (20)4.1.1划分网格 (20)4.1.2设定工况载荷 (20)4.1.3静强度分析 (20)4.2疲劳分析 (21)4.2.1划分网格 (21)4.2.2疲劳分析 (21)第一部分HyperMesh软件的简介1.1HyperMesh简介1.1.1 启动Hypermesh软件点击开始>所有程序＞Altair Hypermesh14.0＞Hypermesh14.0，如下图所示，图1-1-1-1打开Hypermesh14.0软件图1-1-1-2optistruct选择Hypermesh打开以后界面如下图所示。
Femap中文学习(全面)
Femap学习CAE建模过程（从大的方面说）：几何模型建立，简化，网格划分，有限元模型建立。
想想我们漏掉了什么？CAE建模中还有一个对于连接的处理，比如：螺栓，面面接触；啊，一个非常重要的问题：模型的修改和删除。
还有什么吗？Group！组的操作。
好了，我们来对一下Femap的菜单。
文件，工具，几何模型，连接，有限元模型，网格划分，修改，列表，删除，组，视图，窗口，帮助对吗？我们再详细的分一下，首先，从文件菜单开始。
仍然考虑一下Windows的常用软件，然后再来考虑CAE方面的数据。
对于Windows软件来说，文件菜单首先的功能是：新建，打开，关闭，保存，另存为，页面设置，打印，打印机设置，退出，最近打开的文件列表，是不是？那么，再来考虑一下CAE方面的操作，我们需要导入几何模型，导入其它CAE软件的分析模型，分析结果；需要导出几何模型和用于其他CAE软件的数据。
还需要什么？其他的是Femap的功能，比如：分析监视器，可以打开监视当前分析的数据，Femap中性文件的导入导出，参考文件的连接（这个功能了不起，如果导入的几何模型进行了修改，那么会提醒用户），还有一个图片的保存和信息的操作。
当然，对于CAE模型来说，我们是不是要给出一些注释？是不是要对程序进行一些预设置？这就是文件菜单的主要内容了！我们来看一下文件菜单：对不对？为什么有Close All呀？Femap可以同时打开多个文档，每一个文档可以有多个窗口，比如：对于一个分析模型，可以建立一个几何窗口，建立一个有限元模型的窗口，可以建立一个应力窗口，再建立一个位移窗口。
这样就需要全部关闭了！不是吗？Pcitrue里面有一个JT是什么呀？JT是UGS组织开发的3D数据交换标准。
可以用于轻量化模型，包含了几何模型的材料信息和物理属性信息，当然，可以进行剖切，打印，标注，测量，当然还可以嵌入到Office文档进行查看。
Time Save是什么呀？很简单，以前我们使用CAE程序是不是程序出错了就没有办法了，这个东西可以解决问题那么，我希望大家准备一下Femap，然后，我们来讨论一下File菜单里面的内容，关于菜单的内容就在这个主题下进行讨论吧。
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Femap实体模型简化和网格划分实例
NST（Beijing）有限公司Frank Fang
关键词：Femap；NX Nastran；CAE；实体模型简化；网格划分；Meshing Toolbox；
1、出现的问题及解决思路
在使用Femap过程中，当已经划分好网格，同时也设置好边界条件后，进行求解计算时，由于各种原因（参数没有正确设置等），很有可能出现一些致命错误。
如下图所示：
上图说明出现一个致命错误，点击Show Details，会弹出错误的详细信息：
然后可以通过上面的提示查找出错误的原因，从而进行参数的修正，使分析能够进行下去。
本分析的出错原因是：只对几何模型Geometry的外表面进行了面网的划分，而没有对其进行实体网格划分，如下图所示：
Model的单元类型是Plot Planar，说明网格是面网格；单元形状是Tri 3-noded，说明网格是3个节点的三角形网格。
同时把Properties的属性全部隐藏，右边的网格仍然再显示，都说明当前的网格不是实体网格。
很显然，需要的是实体网格，而现在只有三角形的面网格，因此Femap会出现错误提示。
解决思路：对于实体模型，先对其进行面网格划分是没有错误的，但是当面网划分完成，同时
检查单元没有问题后，就必须对其进行实体网格划分，然后才进行分析计算。
如果划分的面网或体网有问题，不能正确划分时，就需要判断是否是几何模型正确，或几何模型细节太多，需要对其简化。
本分析可以在现有面网的基础上（参数暂时不用修改），继续划分实体网格，但是需要检查面网的品质，如下图所示：
面网的长宽比、雅克比值都不是特别理想，值偏大。
虽然值偏大，但是可以尝试一下看能否正常划分实体网格，执行Mesh-Geometry-Solid命令，划分体网：
但是仍然会出现问题，如下图所示：
说明划分实体网格出现错误。
在Message中会有详细提示：
提示最小角度A=0.57433，说明网格质量太差。
到目前为止，实体网格还是不能正常划分，说明之前的面网格质量不太好，即需要重新划分面网格，或者由于本几何体小特征太多，先简化模型后再划分面网。
2、Femap网格划分
重新划分面网，其实就是对那些不重要的小边、小面进行合并等处理，以为得到较好网格做准备。
Femap中有个非常有用的工具-Geometry Preparation，可以高效的处理此类问题，如下图所示：
可以按照其默认值1.55，或稍大值1.6来处理，如下图示：
会得到如下图所示效果：
一些面会自动合并，这就给网格划分及提高网格品质带来便利。
然后再划分面网，如下图所示：
再查看面网品质，品质有提高，下图为Mesh Size=1.6是的网格品质：
再划分体网：
可以正常划分体网，在Message中有详细提示：
实体网格能够正常划分后，就可以分析求解了，结果如下图所示：
3、Femap几何模型简化工具
虽然上面可以划分出体网，并能够正常分析计算，但是其网格品质也不够理想，其C值最大为32.768，J值最大为0.906。
因此如果想更好的提高网格品质，就必须先对几何模型简化，删除或抑制那些不重要的小边、小面、倒角、圆角、孔等。
Femap中对于解决此类问题有一个很强大的工具：Meshing Toolbox，其中有特征抑制、特征编辑、特征删除等命令，可以很方便地处理此类小特征，使模型得到简化。
当然，如果先在CAD软件中简化则更方便，如在NX、Pre/E、CATIA、Solid Edge、Solidworks等中简化模型，然后导入Femap中。
Femap可以接收上述主流CAD的数据，如下图示：
大家有兴趣可以尝试一下，从实体模型简化（在CAD软件简化、或在Femap中简化）和导入、网格划分及修改，到最后得到比较理想的分析结果，其中网格划分的过程可参考上面的方法。
4、小结
本文主要介绍了Femap实体模型简化和网格划分中出现的一些常见问题，及解决问题的常规思路和方法，Femap软件简单易用，用许多非常实用的工具，可以方便解决非常复杂的问题。
上述的思路和方法供使用Femap的同仁们参考，希望能抛砖引玉。
2012年10月
附：如大家有Femap技术问题，欢迎交流：fangfenghao@。