教学课件PPT计算机辅助工程分析.pdf

第六章 计算机辅助工程分析 学习目标 ◆ 了解工程分析在设计/制造中的重要性 ◆ 学习和理解有限元法的基本概念和步骤 ◆ 学习仿真的概念，了解计算机仿真的一般过程。 为使用计算机辅助工程分析（CAE）软件进行工 程分析奠定基础。 学习重点：有限元法、仿真技术的概念 延边大学工学院 1 学习内容 延边大学工学院 2 计算机辅助工程分析 ◆ 现代产品日益向着高速、高效、精密、轻量化和自动化方向发展 ，产 品的结构日趋复杂。而对产品的要求越来越高 ，如良好的静、动态特 性，必须在预定的寿命内安全和可靠地工作。 ◆ 产品设计制造的角度，人们希望能够不断缩短产品的研制周期、降低 研制成本、提高产品工作质量，努力做到一次成功。 ◆ 工程计算和分析是产品设计工作的一个重要方面，主要目的是在产品的 设计阶段，在产品三维实体模型的基础上，从产品的方案设计阶段开 始，按照产品的实际使用条件对产品结构和性能的静、动态特性进行计 算、仿真和结构分析，按照产品性能要求和分析结果来评价某个设计方 案的可行性或几个设计方案的优劣，试图找到满足给定约束条件的最佳 设计方案。 延边大学工学院 3 计算机辅助工程分析 ◆ CAE( Computer Aided Engineering ) 随着高性能计算机和图形显示设备的不断发展，人们以先进的计算机 软硬件为物质基础 ，综合运用各种先进的优化设计技术、产品动态分 析技术和计算技术来进行各种复杂的工程计算和分析活动。 研究产品性能的优化、模拟工程产品的未来工作状态和运动行为、及 早发现各种设计缺陷、验证工程产品功能与性能的可用性和可靠性、进 行产品性能的预测、评估和产品结构的分析与模拟仿真等。 ◆ 由于涉及到产品样机的试制和基于实物模型的各种试验，在传统的产品 设计和工作中，研究开发过程的成本和时间开销占产品总成本和市场响 应周期的比例通常都在 60 % 以上甚至更高。 延边大学工学院 4 计算机辅助工程分析 ◆ CAE 技术的不断发展和普及，使传统的基于手工的设计工作发生了 一系列革命性的变化： 产品设计逐渐实现了 由静态、线性分析向动态、非线性分析的过渡。 由经验类比向最优设计的过渡 由人工计算向自动计算的过渡 由近似计算向精确计算的过渡 ◆ CAE 在产品开发研制中所显示出来的无与伦比的优越性，使其成为现 代企业在日趋激烈的市场竞争中取胜的一个重要条件，因而越来越受 到科技界和工程界的广泛重视。 ◆ 方法：有限元法、优化设计、仿真技术、试验模态分析 延边大学工学院 5 有限元法 有限元法简介 概念 有限元法（FEM: Finite Element Method)是求解复杂工程问题 的一种近似数值分析方法。 原理 ♦ 从数学的观点看，它的基础是变分原理和部分插值。 ♦ 将一个复杂结构的连续体离散化为容易分析的简单的有限个单元，且 这些单元通过有限个节点连接，承受等效的节点载荷。 ♦ 在计算求解时先按照平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这 些单元重新组合起来进行综合求解。 ♦ 由于连续体剖分成的单元个数是有限的，节点的数目也是有限的，所 以将这种分析方法称为有限元法 延边大学工学院 6 有限元法 有限元法的发展历史 有限元思想可追溯到 1943年数学家 Co