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有限元分析方法的现状及发展趋势
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随着现代科学技术的发展,人们正在不断建造更大规模的建筑物!更大跨度的桥梁!索道和更为精密的机械设备等"这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能,需要对结构的静!动力强度以及温度场!流场!电磁场和渗流等技术参数进行分析计算"近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径"我国在‘九五’计划期间大力推广以技术,机械行业大中型企业的普及率
从/八五0末的提高到目前的"随着企业应用的普及,工程技术人员己逐步甩掉图板,而将主要精力投身如何优化设计,提高工程和产品质量,计算机辅助工程分析,方法和软件将成为关键的技术要素
在工程实践中,有限元分析软件与以系统的集成应用使设计水平发生了质的飞跃,主要表现在以下几个方面增加设计功能,减少设计成本缩短设计和分析的循环周期
增加产品和工程的可靠性
采用优化设计,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
进行机械事故分析,查找事故原因
当今国际上方法和软件发展呈现出以下一些趋势特征
从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题
有限元分析方法最早是从结构化矩阵分析发展而来,逐步推广到板、壳和实体等连续体固体力学分析,实践证明这是一种非常有效的数值分析方法"
而且从理论上也己经证明,只要用于离散求解对象的单元足够小,所得的解就可
足够逼近于精确值"由求解线性工程问题进展到分析非线性问题
随着科学技术的发展,线性理论已经远远不能满足设计的要求"例如建筑行业中的高层建筑和大跨度悬索桥的出现,就要求考虑结构的大位移和大应变等几何非线性问题仅靠线性计算理论就不足以解决遇到的问题,只有采用非线性有限元算法才能解决"众所周知,非线性的数值计算是很复杂的,它涉及到很多专门的数学问题和运算技巧,很难为一般工程技术人员所掌握"为此近
年来国外一些公司花费了大量的人力和投资开发诸如MARC ABQUS和ADINA等
专长于求解非线性问题的有限元分析软件,并广泛应用于工程实践.
这些软件的共同特点是具有高效的非线性求解器以及丰富和实用的非线性材料库"
增强可视化的前置建模和后置数据处理功能早期有限元分析软件的研究重点在于推导新的高效率求解方法和高精度的单元.随着数值分析方法的逐步完善,尤其是计算机运算速度的飞速发展,整个计算系统用于求解运算的时间越来越少,而数据准备和运算结果的表现问题却日益突出"
与cad软件的无缝集成
当今有限元分析系统的另一个特点是与通用cad软件的集成使用即,在用
cad软件完成部件和零件的造型设计后,自动生成有限元网格并进行计算,
如果分析的结果不符合设计要求则重新进行造型和计算,直到满意为止,从而极大
地提高了设计水平和效率"
今天,工程师可以在集成的cad和fea软件环境中
快捷地解决一个在以前无法应付的复杂工程分析问题
所以当今所有的商业化有限元系统商都开发了和著名的cad软件例如pro e ug solidworks I-deas Bentley Auto cad 等的接口
