有限元分析步骤
有限元法的分析过程
有限元法的分析过程有限元法是一种数值分析方法，用于求解实际问题的物理场或结构的数学模型。
它将连续的实体分割成离散的小单元，通过建立节点和单元之间的关系，对物理问题进行逼近和求解。
以下是一般的有限元法分析过程。
1.问题建模和离散化在有限元分析中，首先需要对实际问题进行建模，确定物理场或结构的几何形状和边界条件。
然后，将几何形状分割成一系列小单元，例如三角形、四边形或四面体等。
2.网格生成根据问题的几何形状和离散化方式，生成网格。
网格是由一系列节点和单元组成的结构，节点用于描述问题的几何形状，单元用于划分问题域。
通常，节点和单元的位置和数量会直接影响有限元法的精度和计算效率。
3.插值函数和基函数的选择有限元法中的节点通常表示问题域中的几何点，而节点之间的关系由插值函数或基函数来描述。
插值函数用于建立节点和单元之间的关系，基函数用于对物理场进行逼近。
选择适当的插值函数和基函数是有限元法分析的关键。
4.定义系统参数和边界条件确定相关物理参数和材料性质，并将其转化为数值形式。
在有限元分析中，还需要定义边界条件，包括约束条件和加载条件。
5.定义数学模型和方程根据问题的物理场或结构和所选择的基函数，建立数学模型和方程。
有限元方法可以用来建立线性方程、非线性方程、静态问题、动态问题等。
具体建立数学模型和方程的过程需要根据问题的特点进行。
6.组装刚度矩阵和力载荷向量根据离散化的节点和单元，组装刚度矩阵和力载荷向量。
刚度矩阵描述节点之间的刚度关系，力载荷向量描述外部加载的作用力。
7.求解代数方程通过求解代数方程，确定节点的位移或物理场的数值解。
通常，使用迭代方法或直接求解线性方程组的方法来求解。
8.后处理和分析得到数值解后，可以进行后处理和分析。
包括计算节点和单元的应变、应力等物理量，进行矫正和验证计算结果的正确性。
还可以通过有限元法的网格适应性来优化问题的计算效率和精度。
以上是一般的有限元法分析过程，具体的步骤和方法可能会因不同的问题而有所不同。
UG有限元分析步骤精选整理.doc
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1. 准备模型：首先，在UG中绘制需要分析的零件或装配体的3D模型。
确保模型的几何尺寸和材料等参数设置正确。
2. 网格划分：将模型分割成许多小单元，称为网格单元。
这些单元的大小和形状应
该足够小和简单，以便于计算程序的处理。
3. 材料属性定义：为每个网格单元定义材料性质。
这些属性包括弹性模量、泊松比、密度等。
4. 约束条件设置：定义所有约束条件，如边界约束、支撑条件等。
这些条件对应于
被分析部件的实际使用场景。
5. 载荷应用：将载荷应用于模型。
这些载荷可以是静态或动态载荷、温度载荷等，
也可以模拟外部力或压力。
6. 求解模型：选定求解器，使用许多数学方法解决数学方程，以有效地计算应力、
应变和变形等设计参数。
7. 结果分析：对有限元分析的各个方面进行评估和评估，检查计算的准确性和可靠性。
这些结果可以用于优化设计，以改进零件或装配体的性能。
8. 优化设计：如果有必要，使用有限元分析的结果来重新设计零件或装配体，并在
再次进行分析前进行修改。
总之，UG有限元分析是一种重要的工具，用于设计和生产过程中的性能优化和验证。
这个步骤需要正确的建模和分析，以确保计算是精确和可靠的。
UG有限元分析步骤精选整理
UG有限元分析-大致步骤一、打开一实体零件：
二、点击开始，选择“设计仿真”
三、点设计仿真后会自动跳出“新建FEM和仿真”窗口，点击“确定”
四、确定新建FEM和仿真后，会自动跳出“新建解决方案”窗口，点击“确定”
五、指派材料，点击零件，选择所需要指派的材料，点击“确定”，本例为steel
六、生成网格，以3D四面网格为例：选择网格-输入网格参数，单元大小
七、固定约束，选择所需要约束的面，本例的两个孔为固定约束
八、作用载荷，选择作用力的面，输入压力的大小，本例按单位面积的承压
九、求解，选择求解命令，点击确定
十、求解运算，系统会自动运算，显示作业已完成时，可以关闭监视器窗口
十一、导入求解结果，选择文件所在的路径，结果文件为 .op2, 点击确定
十二、查看有限元分析结果：
十三、编辑注释，可以显示相关参数：
十四、动画播放，点击动画播放按键，可以设置动态播放速度的快慢。
有限元分析步骤
有限元分析步骤
1.拿到设计图纸，看清产品结构，形成一个整体认识，例如，使用了一些什么型材，型材
如何布置。
2.与设计人员及时沟通，了解结构布置有何优缺点，实现什么功能，依据经验初步判断产
品受力情况的特点，做到心中有数。
分析产品的约束与受力情况，弄清约束位置及约束方式；受力位置及受力类型，做好数据准备。
3.分析产品建模中对受力影响不大的零件特征，并进行简化省略。
4.采用最优建模方式，建立有限元几何模型。
5.新建算例。
6.定义材料属性和网格类型。
7.定义约束和载荷。
8.划分有限元网格。
9.运行算例，输出结果。
10.检查边界条件的施加，仔细分析得出结果，有充分理由解释结果出现的原因。
11.与设计人员进行数据沟通，讨论结果。
12.反馈数据，指导产品结构改进。
13.反复验算，得到最优结果。
14.得出最终结论，编写计算报告。
有限元分析基本步骤
• 截面参数由用另外提供，材料和温度等也另外 提供。
• 对特殊行业，也可建立管单元。
2
• 二维单元
– 分类：面单元和板单元
– 特点：厚度远小于长度和宽度
– 节点连接：节点处铰接，传递平面内的力，不能传递 弯矩
– 形状：三角形或四边形
• 载荷
– 平面单元和板单元只承受平面内的载荷，不能传递力 矩
– 壳单元在节点处固接，可承受垂直于平面的载荷，可 传递任意方向的力并可传递弯矩和扭矩
• 如模块盒底板可建立壳单元
• 厚度尺寸和其他参数另外提供
3
• 三维单元
– 不能简化为二维问题的连续体。节点处铰 接，只传递力不能传递扭矩。单元形状为 六面体、或四面体、五面体。
– 实际问题模型可由多种模型结合。
• 则节点载荷为
{ } [ ] P e = Pxi Pyi Pxj Pyj Pxm Pym T
20
体积力移置
21
l ds
22
23
σ e = Dε e = DBeδ e = S eδ e
{ε}= [B]{δ }e
5． 建立单元刚度矩阵
• 由虚功原理可导出节点力和节点位移的关系。
• 设节点力为
Ui
0
∂Nm
0
∂x
[B]
=
1 2A
0 ∂Ni
∂Ni ∂y ∂Ni
∂x 0 ∂N j
∂N j
∂y ∂N j
∂x 0 ∂Nm
∂Nm ∂y ∂Nm
=
1 2A
b0i ci
0 ci bi
bj 0 cj
0 cj bj
bm 0
0
cm
cm bm
有限元法的主要步骤
有限元法的主要步骤
有限元法呢，得先把要分析的结构给离散化。
啥叫离散化呢？就像是把一个大蛋糕切成好多小块块一样。
把连续的结构划分成有限个小单元，这些小单元就像一个个小积木似的。
比如说一个大的机械零件，就给它切成好多三角形或者四边形的小单元。
这一步可重要啦，就像搭积木之前得先把积木块准备好一样。
接着呢，得确定每个小单元的特性。
这就好比是要知道每个小积木有啥特点，是硬的还是软的，能承受多大的力之类的。
要找出单元节点的位移和节点力之间的关系，这个关系就像是小单元自己的小秘密一样。
这一步要用到好多数学知识呢，不过别怕，就当是在玩一个解谜游戏。
再之后呀，要把所有的小单元组合起来。
这就像是把一个个小积木搭成一个大城堡一样。
把各个单元的特性方程组合起来，形成整个结构的平衡方程。
这个过程就像是在给小单元们排排队，让它们一起发挥作用来表示整个结构的行为。
然后呢，就是要考虑边界条件啦。
这就像是给城堡加上围墙一样，确定结构在边界上的约束情况。
比如说一个梁的一端是固定的，那这个固定端就是一种边界条件。
这一步就像是给这个结构的小世界设定规则，让它知道哪些地方是不能乱动的。
最后呀，求解这个平衡方程。
这就像是在找宝藏一样，通过各种数学方法算出节点的位移啊，应力啊这些东西。
求出这些结果之后，就可以知道这个结构在受到外力的时候会发生什么样的变化啦。
有限元法就是这么个有趣的过程呢，就像在玩一个超级复杂又超级好玩的结构游戏。
ANSYS有限元分析基本步骤
2.2 有限元模型的建立
图2-1
11
2.2 有限元模型的建立
• 单击Isotropic;弹出Linear Isotropic Properties for Material Number 1对话框;见图2-2..在EX输入栏中输入弹 性模量;在PRXY输入栏中输入泊松比..如图2-2所示..
第2章
有限元分析基本步骤
1
基本步骤
2.1 ANSYS有限元分析典型步骤 2.2 有限元模型的建立 2.3 加载和求解 2.4 结果后处理
2
2.1 ANSYS有限元分析典型步骤
• ANSYS有限元典型分析大致分为三大步骤：
➢ 1建立有限元模型； ➢ 2加载和求解； ➢ 3结果后处理和结果查看..
3
图2-2
12
2.2 有限元模型的建立
• 2.2.4 创建有限元模型
➢ ANSYS提供了两种方法来构建有限元模型;一种是首先创建或 导入实体模型;然后对实体模型进行网格划分;以生成有限元模型 ；另一种是直接利用单元和节点生成有限元模型..第二种方法非 常困难;在实际工作中是不实用也不常用..
13
2.2 有限元模型的建立9来自2.2 有限元模型的建立
• 2.2.3 定义材料属性
➢ ANSYS中的所有分析都需要输入材料属性..例如;在进行结构分 析时;要输入材料的弹性模量和泊松比等..
➢ 定义材料属性的方法 • 单击Main Menu主菜单/Preprocessor前处理器/Material Props材料属性/Material Models材料模型;弹出Define Material Model Behavior定义材料模型对话框;单击右侧列表 框中的结构模型Structural/Linear线性/Elastic弹性/Isotropic 各向同性;表明要定义的材料是各向同性线弹性材料.. 如图21所示..
第3章 有限元分析的数学求解原理-三大步骤
U x x y y z z xy xy yz yz zx zx dV
X u Y v Z w dV X u Y v Z w d W
V V
用 * 表示；引起的虚 应变分量用 * 表示
j Vj
Ui
i Vi
0 X
y
¼ 1-9 Í
ui* * vi wi* * * u j ， v* j w*j
x* * y * z * * xy *yz * 18 zx
19
7.间接解法：最小势能原理
20
最小势能原理
W U 0
最小势能原理就是说当一个体系的势能最小时，系统会处于稳定 平衡状态。或者说在所有几何可能位移中，真实位移使得总势能取最小值
0 表明在满足位移边界条件的所有可能位移 最小势能原理： 中，实际发生的位移使弹性体的势能最小。即对于稳定平衡状态，实 际发生的位移使弹性体总势能取极小值。显然，最小势能原理与虚功 原理完全等价。 n m
虚功原理的矩阵表示
在虚位移发生时，外力在虚位移上的虚功是：
* 式中
U i u i* V i v i* W i w i* U j u *j V j v *j W j w *j
* 是 的转置矩阵。
T
*
F
T
同样，在虚位移发生时，在弹性体单位体积内，应力在虚应变上的虚 功是： * * * * * * * T x x y y z z xy xy yz yz zx zx
27
⑴解析法
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一.建立有限元模型 1.创建实体模型
1）可直接在ANSYS中建立实体模型 2）通过三维软件建模后导入到ANSYS。
2、 设定单元属性
1）单元类型 2）实常数（如厚度和横截面积等） 3）材料性质（如弹性模量,泊松比，热传导系数等）
不同的单元实常数设置
图1：LINK8单元实常数设置对话框 图2：BEAM3单元实常数对话框
三、施加载荷
1、定义分析类型
图五： New Analysis对话框
2、设置分析选项
图六：求解控制对话框
Hale Waihona Puke 3、施加载荷在ANSYS系统里根据真实物理环境将载荷分为6大类。
自由度约束：即把某个固定自由度用给定的数值代替。例 如，电磁场分析中的给有限元模型施加的磁势为零的边界 条件。
集中力载荷：施加在节点上的集中载荷。例如，结构分析 中施加在有限元模型上的力和力矩。
五、后处理
1. 后处理是指查看和检查ANSYS分析的结果，这是 ANSYS重要的一个模块。 1. 后处理分为通用后处理器（General Postproc)和时 间-历程后处理器（TimeHist Postpro)。 （1）通用后处理器可观察整个模型在某一载荷步 和子步的结果，包括位移、应力和应变等值线图 和变形图等，也可以得到列表显示计算结果等， 还可以查看结果的动画显示和控制等。
3、在划分网格之前分配单元属性
• 建立了单元属性表，通过指向表中适合的条目对模 型的不同部分分配单元属性。 例如 ：图3为一钟 摆装置，钟摆由摆杆 和摆锤组成。在形成 有限元模型前，需要 分别选定摆杆和摆锤 相对应已经设置的单 元类型、实常数和材 料参数。
图3：钟摆装置
4、定义网格生成控制
网格分为自由网格和映射网格。
载荷可以施加在实体模型上，或者直接施加在有限元 模型上。但是从有限元理论可知，最终进行计算的载荷必 须是施加于有限元模型上的载荷，所以ANSYS会自动把施 加在实体模型是那个的载荷转换到有限元模型上，再进行 求解。
四、求解
对于通常的单载荷步的问题如大部分的静力分析问题， 可以直接通过以下方法进行求解： 命令：SOLVE GUI:Main Menu|Solution|Current Ls 多载荷步问题的求解可以采用以下有3中方法。 （1) 多重求解法 (2) 载荷步文件法 (3) 矩阵参数法
面载荷：施加在某个表面上的载荷。例如，结构分析中施 加的压力。 体载荷：施加在某个体上的载荷。例如，电磁场计算中施 加在线圈中的电流密度。
惯性载荷：它是由物体的惯性引起的。例如，结构计算中 经常考虑重力带来的加速度。 耦合场载荷：把从一种分析中得到的结果作为另一种分析 的载荷。例如，磁场计算后得到的Lorentz力作为结构分析 的力载荷。
（2）时间-历程后处理器的作用是可以检查模型的 制定节点的某一结果相对于时间、频率或其他结 果项的变化。它有两个典型的应用：一是在瞬态 分析中绘制结果项与时间的关系，二是在非线性 分析中绘制作用力与形变的关系。
映射网格对包含的单元形状有限 制 ，而且必须满足特定的规则。映射面 网格只包含四边形和三角形单元，映 射体网格只包含六面体单元。
局部细化网格
通常是碰到下面两种情况时，需要考 虑对局部区域进行网格细化。 （1）已经将一个模型划分了网格，但 要在模型指定的区域内得到更好的网 格。 （2）已经完成了分析，同时根据结果 想在感兴趣的区域得到跟精确的解。
图4： 自由网格和映射网格示意图
延伸和扫略生成有限元模型
延伸方法主要用于利用二维模型和二维单元生成三维模型和三维单元 ，如果不指定单元，那么就只会生成三维几何模型。扫略方法是利用二 维单元在已有的三维几何模型上生成三维单元。
此外，可以直接通过节点和单元生成有限元模型。 总之，划分网格是进行有限元分析的基础，它要求考虑的 较多，需要的工作量大，所划分的网格形式对精度和计算 规模将产生直接影响。