第六章 计算机辅助工程分析

《第六章 计算机辅助工程分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第6章计算机辅助工程分析计算机辅助工程分析（Computeraidedengineering,简称CAE）的关键是在三维实体建模的基础上，从产品的方案设计阶段开始，按照实际使用的条件进行仿真和结构分析；按照性能要术进行设计和综合评价，以便从多个设计方案中选择最佳方案。有限元分析优化设计仿真模拟分析可靠性分析试验模态分析第6章计算机辅助工程分析第一节有限元分析法第二节优化设计第三节计算机仿真简介§6.1有限元分析法有限元建模（FiniteElementModeling，简称FEM）和有限元分析（FiniteElementAnalysis，简称FEA）技术已成为建立分析

2、模型、共享数据的有效途径，是解决各种工程实际问题的便利工具和有效手段。有限元法重要意义有限元法可处理任何复杂形状、不同物理特性、多变的边界条伴和任何承载情况的工程问题，广泛应用于场强（力场、电场、磁场、温度场、流体场等）分析、热传导、非线性材料的弹塑性变形分析等研究领域。§6.1有限元分析法首先把一个原来是连续的物体割分（离散）成有限个单元，而且它们相互连接在有限个节点上，承受等效的结点载荷，并根据平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合起来，成为一个组合体，再综合求解。有限元法的基本思想§6.1有限元分析法单元类型（形状）有限元法的基本思想杆单元粱

3、单元板单元（三角形、矩形等）多面体单元（四面体、六面体）§6.1有限元分析法1单元剖飞有限元法的基本解法2单元特征分析3总体结构合成有限元的基本求解过程§6.1有限元分析法生成结点坐标并按顺序编号。有限元分析的前置处理生成网格单元。修改和控制网格单元。引入边界条伴以约束一系列结点的总体位移和转角。单元物理几何属性编辑，如材料特性、弹性模量、厚度、惯性矩以及泊松比等。单元分布载荷编辑等。§6.1有限元分析法所谓后置处理，是指将有限元计算分析结果进行加工处理并形象化为变形图、等值线图、应力应变彩色图、应力应变曲线以及振型图等，以便对变形、应力等进行直观分析和研究。有限元

4、分析的后置处理数据输出图形显示§6.1有限元分析法实例：门式钢架的受力分析问题描述：门式钢架受到均布载荷q=200N/m作用，其柱高5m，横梁长10m,柱和梁均采用刚梁制作，杨氏模量E=2.1e5MPa,泊松比u=0.3，且已知柱与梁的横截面积形式均为工字梁。要求：求在均布载荷q作用下门式钢架的剪力、最大弯距、最大转角，绘制弯距图以及剪力图。§6.1有限元分析法实例：门式钢架的受力分析§6.1有限元分析法实例：门式钢架的受力分析§6.1有限元分析法实例：门式钢架的受力分析§6.2优化设计优化设计在所有可行的设计方案中进行最优的选择，在规定条件下得到最佳设计效果。原则

5、是寻求最优设计；手段是计算机和应用软件；理论是数学规划法。机械零部件和产品的设计中，在满足使用性能的基础上使结构最佳；机械加工工艺规程设计中，在满足零件各项加工要术的前提下，使其生产率最高、成本最低；§6.2优化设计优化设计关键问题：①建立优化设计数学模型，它包括三个要素，即优化设计的目标函数、设计变量和约束条件；②选择适合的优化方法：1优化设计的基本概念一维搜索法二次插值法坐标轮换法牛顿法梯度法….§6.2优化设计设计常量：根据客观规律或具体条件预先确定的参数，称为设计常量，如村料的力学性能，机器的工况系数等；1优化设计的基本概念设计变量：在设计过程中不断变化，需

6、要在设计过程中进行选择的基本参数，称为设计变量，如几何尺寸、速度、加速度、温度等。§6.2优化设计目标函数：指根据特定目标建立起来的、以设计变量为自变量的一个可计算的数学函数。它是设计方案评价的标准。1优化设计的基本概念目标函数统一描述为：§6.2优化设计约束条件：为产生一个可接受的设计，设计变量本身或相互间应该遵循的限制条伴，称为约束条件。1优化设计的基本概念约束条件一般可表示为设计变量的不等式约束函数形式和等式约束函数形式：§6.2优化设计性能约束：是针对设计对象的某种性能或指标而给出的一种约束条件，如零件的计算应力不大于许用应力，轴的扭转变形应小于许用扭转角等

7、。1优化设计的基本概念边界约束：又称区域约束，表示设计变量的物理限制和取值范围。§6.2优化设计1优化设计的基本概念§6.2优化设计2优化设计的数学模型对实际问题的特征或本质加以抽象，并将其表现为数学形态，即为数学模型。数学模型的规范化描述形式为:§6.2优化设计2优化设计的数学模型§6.2优化设计分析设计问题，建立优化设计数学模型3优化设计一般步骤选择优化方法编写计算机程序上机验算方案的评价与决策§6.2优化设计4优化设计实例分析ISG型混合动力汽车结构简图§6.2优化设计问题提出:ISG型混合动力汽车控制策略优化的目标是：在给定不同的运行工况、汽车车速、蓄电