有限元分析小白入门指南(深度干货)
有限元分析入门资料
CAE入门资料 二零零六年五月二十日目录目录 (i)第1部 CAE总体概貌 (1)1．应力分析和应力 (2)●应力是什么？ (2)●这些地方可用到应力分析！ (3)●变形不能忽视！ (3)●在此时要用应力分析！ (4)●灵活应用应力分析的例子！ (6)2屈曲分析和屈曲载荷.屈曲模态 (8)●什么是屈曲？ (8)●柱的屈曲 (9)●压力和屈曲载荷的关系 (9)●屈曲模态 (10)●欧拉屈曲 (11)●平板的屈曲 (11)●这时要用到屈曲分析 (13)第2部 CAE基础 (15)1．CAE分析的目的及各种各样的结构模型 (16)1.1铁塔（组合框架结构的例子） (16)●观察位置和模型化 (17)●从远处眺望铁塔 (18)●稍微靠近点眺望铁塔 (19)●再走近一点眺望铁塔 (20)●再更近一点眺望铁塔 (21)1.2电车（板架结构的例子） (22)●考虑电车（板架结构）的模型化 (22)●遥远处眺望电车 (23)●从近处眺望电车 (24)●考虑载荷的模型化 (24)●再更近一点来观察电车 (26)1.3火箭（壳结构例子） (27)●火箭的模型化 (27)●从远处来眺望火箭 (27)●在近处眺望火箭 (29)●再近一点眺望火箭 (29)1.4活塞（实体形状的例子） (30)2．「弹簧模型」和有限元法 (33)●弹簧的行为和[弹簧模型] (33)●弹簧的自由度 (36)●约束决定问题 (40)●约束，就是消灭自由度 (41)●多个弹簧和[弹簧模型]的合成 (41)●弹簧和模型化的具体步骤 (42)●圆棒和[弹簧模型] (48)●变截面圆棒和[弹簧模型] (50)●变截面圆棒和有限元模型 (51)3．有限元法分析的实例 (56)●从身边的例子开始 (56)●分析目的要明确 (56)●结构A，根据约束条件来作模型化 (57)3.1［梁单元］和有限元模型 (58)●目的之1：［想知道构件的弯曲变形......］. (58)●由几何模型生成单元节点 (59)●单元类型和单元特性 (60)●梁单元的特点 (60)●单元特性和材料的特性为什么是必须的？ (61)●具体来算算梁单元的剖面特性 (62)●弹性材料的重要“E、V、G”三角关系！ (63)●约束条件和结构A的模型化 (64)●自由端的载荷模型化 (65)●执行分析 (66)●显示构件的变形 (66)●反力的应用 (68)3.2［2维单元］和有限元模型 (69)●目的之2：［想知道构件的强度......］ (69)●由3维形状出发进行无板厚的模型化处理！ (70)●分析的目的就是求2维应力状态！ (71)●设置板厚 (74)●结构A作为边界条件进行模型化处理 (75)●约束掉不起作用的自由度 (76)●把载荷分到多个节点上去 (77)●执行分析 (79)●用应力来评价强度 (80)●显示应力的功能 (82)3.3［3维单元］和有限元模型 (83)●制作步骤 (84)●将构件照原样进行划分 (85)●［3维单元］求3维应力状态 (86)●没有必要设置单元特性 (86)●把结构A作为边界条件进行模型化处理 (87)●无用的自由度约束掉 (88)●载荷的模型化很简单 (89)●执行分析 (90)●那么，结果呢？ (91)4．屈曲分析和特征值分析 (93)●屈曲分析载荷设置是关键 (94)●特征值分析一定要有质量 (94)5．试试看分析一下 (96)5.1应力分析 (96)5.2屈曲分析 (97)5.3特征值分析 (98)第3部应用篇CAE的应用 (100)1．结构模型和单元选择 (101)1．单元选择的方针 (101)2．梁单元和框架结构 (102)2.1杆单元 (103)2.2梁单元（框架） (103)2.3杆单元.梁单元的剖面特性和单元坐标 (104)3．板单元 (105)3.1板单元和单元坐标 (107)4．实体单元和三维结构 (108)4.1实体单元 (109)4.2板单元和实体单元的种类 (110)5．板单元、实体单元和轴对称结构 (111)6．1阶单元和2阶单元 (112)7．刚体（Rigid）单元 (113)8．质量单元 (114)9．良好的单元划分 (114)(1)单元划分的大小 (114)(2)二维单元 (115)(3)单元的分割类型 (116)(4)单元的长宽比（形状比） (116)(5)实体单元 (117)(6)其它单元划分形状上的注意事项 (117)10．材料物理特性的输入 (119)11．单元自动生成后的检查 (120)(1)重节点的合并 (120)(2)重新编号 (121)(3)单元的重复定义 (121)(4)扭曲单元的修改 (121)(5)单元正反面的调整 (122)12．单元和自由度 (122)13.约束条件 (124)13.1约束给定的方法和分类 (124)14.输入载荷 (125)15.复合结构的例子（实体单元和梁单元、板单元的结合） (126)16.单元输出 (128)17.分析时必要的输入项目 (128)2．材料力学和有限元法 (129)2.1载荷与位移 (129)2.2载荷（load） (130)2.3应力(stress) (132)(1)应力的定义 (132)(2)应力的种类 (133)(3)点的应力 (134)2.4应变(strain)和位移(displacement) (135)2.5应力和应变的关系 (136)2.6弹性模量 (138)2.7构件的种类 (140)2.8容许应力和安全系数 (140)(1)设计时应考虑的因素 (141)(2)为了产品不会损坏 (141)(3)基于容许应力和安全系数的设计方法 (142)(4)为使产品不会屈曲 (143)(5)为使产品不会疲劳破坏 (143)(6)为使产品不产生共振 (143)(7)为使产品变形而不造成坏影响 (143)2.9有限元法的理论 (144)(1)有限元法的理论 (144)(2)看不见的有限元的内容 (144)3．较专门的分析 (146)3.1局部分析和应力集中 (146)3.1.1分析的特征 (146)3.1.2局部分析的实行 (147)3.1.3模型化 (149)3.1.4输出和评价 (150)3.2具有对称性结构的分析 (150)3.2.1分析特征 (151)3.2.2模型化 (151)3.2.3其它对称模型 (156)3.2.4输出和评价 (158)3.3大规模结构的分析 (158)3.4热应力分析 (159)3.4.1分析特征 (159)3.4.2分析的实行 (160)3.4.3模型化 (161)3.4.4输出和评价 (162)3.5振动响应分析 (163)3.5.1分析的特征 (163)3.5.2分析执行 (164)3.5.3模型化 (165)3.5.4输出和评价 (167)3.6大变形分析和屈曲 (167)(1)概要 (167)(2)执行 (168)(3)必须进行大变形分析的例子 (169)3.7接触和磨擦 (169)(1)概要 (169)(2)接触单元 (170)3.8弹塑性分析 (171)(1)概要 (171)(2)执行 (172)3.9蠕变分析 (172)(1)概要 (172)(2)执行 (173)3.10超弹性分析 (173)(1)概要 (173)(2)执行 (174)3.11非线性分析的一般注意事项 (174)第一部 CAE总体概貌第1部 CAE总体概貌第一部分是作为进入有限元法内容前的准备，讲述了在设计时CAE所处的地位，考虑的方法，在设计时怎样来利用CAE，以及讲述了它的历史背景和有关的预备知识。
ProE Mechanica有限元分析入门教程
Pro/E Mechanica有限元分析入门教程一、进行Mechanica分析的步骤：1)建立几何模型:在Pro/ENGINEER中创建几何模型。
2)识别模型类型:将几何模型由Pro/ENGINEER导入Pro/MECHANICA中，此步需要用户确定模型的类型，默认的模型类型是实体模型。
我们为了减小模型规模、提高计算速度，一般用面的形式建模。
3)定义模型的材料属性。
包括材料、密度、弹性模量、泊松比等。
4)定义模型的约束。
5)定义模型的载荷。
6)有限元网格的划分：由Pro/MECHANICA中的Auto GEM(自动网格划分器)工具完成有限元网格的自动划分。
7)定义分析任务，运行分析。
8)根据设计变量计算需要的项目。
9)图形显示计算结果。
二、下面将上述每一步进行详解：1、在Pro/ENGINEER模块中完成结构几何模型后，单击“应用程序”→“Mechanica”,弹出下图所示窗口，点击Continue继续。
弹出下图，启用Mechanica Structure。
一定要记住不要勾选有限元模式前面的复选框，最后确定。
2、添加材料属性单击“材料”，进入下图对话框，选取“More”进入材料库，选取材料Name---------为材料的名称；References-----参照Part（Components）-----零件/组件/元件V olumes-------------------体积/容积/容量；Properties-------属性Material-----材料；点选后面的More就可以选择材料的类型Material Orientation------材料方向，金属材料或许不具有方向性，但是某些复合材料是纤维就具有方向性，可以根据需要进行设置方向及其转角。
点选OK，材料分配结束。
3、定义约束1）：位移约束点击，出现下图所示对话框，Name 约束名称Number of Set 约束集名称，点击New可以新建约束集的名称。
普通人有限元分析入门方法：实际应用学习篇
普通人有限元分析入门方法：实际应用学习篇前两个部分内容写的只能算是有限元分析应用的基础和前提，这部分所说的内容才算是有限元分析应用的入门。
本身写这一系列文章的目的就是和大家交流交流什么是有限元分析的应用问题，所以这个部分才是整套系列文章的重点。
我这里所说的入门是能够到企业能够做事情，如果以目前大家的熟悉培训的阶段来说，我个人把有限元分析学习的初级阶段分为大致这么几个阶段：软件操作阶段、理论学习阶段、应用入门阶段，千万注意这三个阶段是没有先后学习顺序的，并不是先学了软件操作再学理论然后才能应用入门，最简单粗暴也是最直接的方式就是直接应用入门，我个人一直觉得这才是学习技术最有效的方式。
我所说的入门阶段大致指标先说明下：1.针对某个分析模块能够解决独立大多数不同类型的产品在这个模块下的分析问题，比如我们最常接触的就是静力学模块，那多数产品的静力学问题要会自行独立解决，这里特别强调独立，现在很多学习者所谓的独立也都和我的定义不一样了，自己能够去网上问一个问题等待别人来解答这不叫独立，自己查资料自己看帮助在不寻求他人的帮助下解决问题这才叫独立；2.分析出来的产品能够自行提供切实有效的验证方案和验证指标，并且能够提供有结论的分析报告；有人说以上两点要求高了，这要怎么实现，我想说的是以上两点不是我给大家的标准，而是各位找工作的标准，如果达不到这两点，即使在短期内因为个中原因进入了某家优质企业，时间久了也会被扫地出门。
我们这个行业的大神和学术界的精英们一般留在学校做科研工作，但是留下的大批学历背景一般、专业背景一般的毕业生和早已走入社会的工程人员人是不可能做相关的科研工作，也就是说绝大多数人最终是要走进企业对有限元分析进行一线产品的应用。
从有限元这个工具被大家所熟知开始，所有的行业内人士都知道这个工具可以优化与改进产品或者设计新结构能达到预定的效果，但是很多分析工程师实际上并不知道怎么去逐步实现这个最终价值，也就是如何将有限元分析的价值真正落地。
有限元分析入门
通用结构分析软件
非线性分析软件
非线性分析软件
一些专用的有限元软件如下表所列
软件名称 Deform Autoform
DYNAFORM
SysWeld
简介 金属体积成形分析 金属板料成形分析 金属板料成形分析 焊接与热处理分析
MSC中国
/
3）把外载荷集中到节点上
把第i单元和第i+1单 元重量的一半，集中 到第i+1结点上
4）建立结点的力平衡方程
对于第i+1结点，由力的平衡方程可得：
Ni
Ni1
q(Li
2
Li 1 )
EA(ui1 Li
ui )
EA(ui2 ui1 ) Li1
q 2 (Li
Li1 )
令
i
Li Li1
ui
(1
i )ui1
2）用单元节点位移表示单元内 部位移
第i个单元中的位移用所包含的
结点位移来表示。
u(x)
ui
ui1 ui Li
(x
xi )
ui 第i结点的位移
xi 第i结点的坐标
第i个单元的应变
i
du dx
ui1 ui Li
应力 内力
i
E i
E(ui1 ui ) Li
Ni
A i
EA(ui1 Li
ui )
计算方法：大型线性方程组的解法，非线性问题的解 法，动力问题计算方法。
高精度单元 多物理场耦合与复杂材料模型
目前使用较多的通用有限元软件如下表所列
软件名称
MSC/Nastran MSC/Dytran MSC/Marc ANSYS ADINA ABAQUS
普通人有限元分析入门方法--理论学习篇
普通人有限元分析入门方法--理论学习篇展开全文（这文章写的时候估计会被喷，我已经做好心理准备的！）文章开始前，我要先说明：就像文章题目说的一样，本文只是从一个很普通的有限元分析工程人员的角度出发，既没有华丽的学历背景，也没有超一流的企业研发经验，更没有超高的智商，只是从一个普普通通的分析工程师角度和大家说说作为一个普通凡人如何去看待有限元分析学习的问题。
本人在网络上浸淫多年，有限元分析的学习也经历了整整10个年头，从一个无知小白到现在能够解决一些问题的工程人员，一路走来的心酸也是只有自己才知道。
回忆最初的起步，以及网络上看到很多新手学习的艰辛，想到写这样一篇文章，说说咱们这种普通人该如何去玩有限元分析。
我打算把文章分为理论学习篇、软件操作学习篇、实际应用学习篇和有限元分析行业市场分析篇四个部分，主要针对学习有限元分析5年以内的群体。
理论学习篇一说到有限元分析理论学习，我就觉得我上的那个是假大学，为啥随便来几个不是新手的人都是学过这么多课的，看过这么多书的，我上的大学不都是浪出来的么？我相信很多新手和我的感觉是一样一样的。
首先我以我目前的认知以及在网上很多人解答新手的问题来大致罗列下出镜率比较高的理论科目，并大致评估下学习需要的时间（假设我们从20岁开始为有限元分析打基础）。
大学本科四年掌握：高等数学、线性代数、材料力学、理论力学、概率统计，到这里24岁，这一阶段大多数的步调基本一致，接下来开始：1.弹性力学（1年）；2.数值方法（0.5年）；3.有限单元法（1年）；4.振动力学（1年）；5.损伤力学（1年）；6.张量分析（1年）；7.线性空间（1年）；8.软件应用（0.5年）。
把以上的内容相加，大概7年时间，WTF！这些学完已经30+了，这玩意我还是按照及其保守的时间，实际操作起来只会长不会短，有人说我可以一起学，有这种想法的人可以试试，或者去问问身边群里那些正在学习的人（这类人肯定不少，而且多数都是新手），听听他们学习之后的感受。
有限元分析基础讲义
第一章 概述
1.1 有限单元法的概念
基本思想:借助于数学和力学知识，利用计算机技术而
解决工程技术问题。
Finite Element Method -_FEM Finite Element Analysis
4
第一章 概述
三大类型(按其推导方法分):
(1) 直接刚度法(简称直接法): 根据单元的物理意义，建立有关场变量表示的单元
(a) 刚架结构示意图
(b) 结点位移和结点力分向量
图3-4 平面刚架分析示意图
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第三章 杆系结构静力分析的有限单元法
结点位移列向量为
i ui vi i T
单元e结点位移列向量为
j u j vj j T
e
i j
ui
i
i
uj
j
j T
结点力向量为
Fi e Ui V i Mi eT Fj e U j V j M j eT
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第二章 结构几何构造分析
(a) 结构本身可变 (b) 缺少必要的约束条件 (c) 约束汇交于一点 图2-1 几何可变结构
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第二章 结构几何构造分析
2.2 结构计算基本知识
2.2.1 结构计算简图
实际结构总是很复杂的，完全按照结构的实际情况 进行力学分析是不可能的，也是不必要的，因此在对实 际结构进行力学计算之前，必须将其作合理的简化，使 之成为既反映实际结构的受力状态与特点，又便于计算 的几何图形。这种被抽象化了的简单的理想图形称之为 结构的计算简图，有时也称为结构的力学模型。 结构计算所常用的结点和支座的简化形式:
16
第二章 结构几何构造分析
(3) 按结构自由度分 ①静定结构——自由度为零的几何不变结构。其特征: a. 静定结构的内力及支座反力可全部由平衡方程式
有限元分析基础知识共70页文档
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
有限元分析基础知识
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
学习有限元分析需要哪些有限元分析基础知识
学习有限元分析需要哪些有限元分析基础知识?有限元分析具有确保产品设计的安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题; 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费等作用，越来越被应用，越来越的人不断开始学习有限元分析。
对于很多想开始学有限元分析的人都会有这么一个疑问，学习有限元分析需要哪些有限元分析基础知识呢？对于这个问题，看板网根据超过十年的企业和个人有限元分析培训经验，给各位想学习有限元分析的朋友们提点建议。
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元分析基础知识主要有，结构强度分析、振动频率分析、谐响应分析、扭曲分析、机构尺寸优化分析、疲劳分析、热力分析、跌落测试、响应谱分析等。
以下是一些建议：1，图书馆或书店都可以买到有限元教材，有的教材讲得深，有的教材讲得浅。
要是想在理论层面往深层次学习，还要学习一些数学基础，比如泛函分析、变分原理，但是，如果不专门研究一般用不了理解那么深刻。
2，要根据你从事的行业而定。
如果做力学有限元分析，起码要懂力学，就要学习力学理论知识，比如弹性力学等；做电磁有限元分析，起码要懂麦克斯韦方程组。
市场上卖的有限元教材一般都是结合力学讲的。
然后你可以学习有限元软件（比如ANSYS、ABAQUS等）解决具体的工程实际问题了。
如果对结构有限元分析感兴趣，应该从材料力学、弹性力学开始。
对应力、应变、平衡方程、本构关系、位移－应变关系等知识有了了解以后，可以学习变分法的知识，。
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有限元分析小白入门指南（深度
干货）
作为结构工程师，有限元分析是必备技能。
如何在工作中有效地运用有限元分析，是我们掌握的重点。
我也是在有限元边缘测试，欢迎朋友们批评指正。
什么场合会用到有限元分析
1.设计验证(有效减少原型数量):传统验证方式主要采用原型和手工计算，成本高，时间长，可验证方案少。
如果不做设计验证，对于企业来说，将处于崩溃的边缘。
2、新产品研发，完整的产品研究:可以模拟和测试产品在各种场合的使用。
3.设计方案评估:对结构工程师提出的各种创新结构进行有效评估，找出符合要求的结果。
4.提供优化思路和方案:优化模块可以基于多个参数、约束和优化目标的范围。
找到最佳解决方案。
5.设计参数的确定:在日常的设计工作中，参数的确定大多是通过原有的产品类比和工程经验来确定的。
有限元分析可以用来做数值计算，提供设计参考。
6.产品问题分析和质量管理:如果产品存在质量问题和检测问题，设计是否合理是检验的重要环节。
有限元分析软件是一种重要的分析工具。