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有限元方法与ANSYS应用 Finite Elements Method ANSYS 张 陵 2015年9月14 日 前言 ★ 课程设置的相关背景 工程问题的现代设计,科学研究 机械产品设计中须解决的两类问题  强度： （静、动） max []  刚度： （静、动） f max [f ] 前言 ★ 课程设置的相关背景 工程问题的现代设计,科学研究 利用材料力学：研究对象仅为细长构件 （杆、 梁等）； 利用弹性力学：研究对象为板壳及各种空间 实体，通过解偏微分方程组求解，由于实际产 品结构的复杂性，使得求解无法实现。 前言 ★ 课程设置的相关背景 传统设计方法 对于结构复杂的构件，如机床基础件、塔吊、客 车骨架、摩托车车架等应用经验类比设计，只能取较 大的安全系数，使产品 “傻大粗”，浪费材料，增加 重量，产品性能在设计阶段难以把握（如各处应力水 平悬殊），只有靠样机试验研究（测试），了解产品 性能，对薄弱环节提出改进方案，重新设计。 前言 ★ 课程设置的相关背景 传统设计方法 其结果：成本高，制造周期长。在当今科学技术及生 产技术高度发展的今天，市场需求瞬息万变，对机械 产品的要求：多品种、小批量、设计制造周期短、质 量高、成本低，故传统的设计方法已越来越不适应发 展的需要。 前言 ★ 课程设置的相关背景 现代设计方法 由于计算机的应用，正在设计领域中进行着一场深 刻的革新，产品已进入计算机辅助设计及自动设计时代 （CAD ）。 注意区分两种“CAD”：Computer Aided (Automated) Design 与Computer Aided Drawing，前 者必须包括分析模块，即CAE模块（计算机辅助分析模 块），有限元方法是该模块的基础。 前言 ★ 课程设置的相关背景 现代设计方法 有限元方法为在设计阶段把握产品的性能提供了 强有力的工具。象UG、Pro/E等CAD软件即包括有限 元分析模块，属第一类CAD，而象AutoCAD软件由于 不含有限元分析模块，属上述第二类CAD，即仅为计 算机辅助绘图软件。有限元分析是利用计算机在设计 阶段对产品特性进行模拟试验 （CAS ）。 前言 ★ 课程设置的相关背景 现代设计方法 一个典型的实例是波 音777的研发设计，利用 计算机建模和数值仿真模 拟代替大量的物理样机试 验（每次样机试验大约需 花费8亿元），最终一次 试飞成功。 前言 ★ 课程设置的相关背景 现代设计方法 •CAE 在汽车工业中 的应用，使研发设计 一种新车型的时间由 原来的5-6年减少到1- 2年。 前言 ★ 课程设置的相关背景 计算机辅助分析两大类问题： 结构问题：分析对象不含大范围刚体运动 （包括围 绕平衡位置的振动），强度分析问题有限元法。 机构问题：分析对象包含大范围刚体运动和构件的 弹性变形，机构运动分析问题多体动力学问题或 称虚拟样机技术，著名软件：ADAMS 、PRO/E 。 前言 ★ 课