有限元软件功能概览.ppt

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1、第二讲有限元（FEA）软件介绍1、软件功能2、前处理、求解器和后处理3、有限元建模4、计算结果的评价MSC.PATRAN&.NASTRAN大型通用FEA分析系统MSC.PATRAN&.NASTRAN是美国MSC公司生产的大型通用FEA分析系统为工业标准的FEA原代码程序及国际招标中工程分析和校验的工具是船舶结构分析的主流软件1、有限元软件功能结构分析热分析电磁分析流体分析(CFD)耦合场分析-多物理场10/2/20213结构分析概览结构分析的类型:静力分析-用于静态载荷.可以考虑结构的线性及非线性行为，例如:大变形、大

2、应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等.模态分析-计算线性结构的自振频率及振形.谱分析是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变(也叫作响应谱或PSD).结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等.10/2/20214结构分析概览(续)谐响应分析-确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应.瞬态动力学分析-确定结构对随时间任意变化的载荷的响应.可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为.特征屈曲分析-用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状.(结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析.)专项分析

3、:断裂分析,复合材料分析，疲劳分析Courtesy:SikorskyAircraft10/2/20215结构分析概览(续)它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题，是目前求解这类问题最有效的方法.用于模拟非常大的变形，惯性力占支配地位，并考虑所有的非线性行为.10/2/20216热分析概览热分析之后往往进行结构分析,计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力.功能:相变(熔化及凝固),内热源(例如电阻发热等)三种热传递方式(热传导、热对流、热辐射)热分析计算物体的稳态或瞬态温度分布，以及热量的获取或损失、热梯度、热通量等.

4、10/2/20217流体分析概览流体分析用于确定流体的流动及热行为.流体分析分以下几类:CFD提供强大的计算流体动力学分析功能，包括不可压缩或可压缩流体、层流及湍流，以及多组份流等.声学分析-考虑流体介质与周围固体的相互作用,进行声波传递或水下结构的动力学分析等.容器内流体分析-考虑容器内的非流动流体的影响.可以确定由于晃动引起的静水压力.流体动力学耦合分析-在考虑流体约束质量的动力响应基础上，在结构动力学分析中使用流体耦合单元.10/2/20218耦合场分析概览耦合场分析考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物

5、理场之间相互影响，单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的，因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。耦合场分析的典型情况有：热—应力分析流体—结构相互作用两根热膨胀系数不同的棒焊接在一起，图示为加热后的变形.10/2/202192、前处理、求解器和后处理前处理——有限元的建模工具功能强大的有限元网格生成功能自动与半自动网格剖分网格优化功能网格加密功能属性定义加载约束处理载荷分类自由度DOF-定义节点的自由度（DOF）值(结构分析_位移、热分析_温度、电磁分析_磁势等)集中载荷-点载荷(结构分析_力、热分

6、析_热导率、电磁分析_magneticcurrentsegments)面载荷-作用在表面的分布载荷(结构分析_压力、热分析_热对流、电磁分析_magneticMaxwellsurfaces等)体积载荷-作用在体积或场域内(热分析_体积膨胀、内生成热、电磁分析_magneticcurrentdensity等)惯性载荷-结构质量或惯性引起的载荷(重力、角速度等)11加载可在实体模型或FEA模型(节点和单元)上加载.在关键点处约束实体模型沿线均布的压力在关键点加集中力在节点处约束FEA模型沿单元边界均布的压力在节点加集中力1

7、2求解器——有限元的核心求解结果保存在数据库中并输出到结果文件结果文件结果数据数据库求解器结果输入数据13后处理——结果的绘图和列表静力分析结果后处理的步骤主要包括:1.绘变形图2.变形动画3.支反力列表4.应力等值线图5.网格密度检查Guidelines后处理——绘变形图绘出结构在静力作用下的变形结果:后处理——变形动画以动画方式模拟结构在静力作用下的变形过程:UtilityMenu:PlotCtrls>Animate>DeformedShape...后处理——应力等值线应力等值线方法可清晰描述一种结果在整个模型中的

8、变化，可以快速确定模型中的“危险区域”。显示应力等值线:MainMenu:GeneralPostprocessor>PlotResults>-ContourPlot-NodalSolution...后处理——应力等值线动画结果动画:UtilityMenu:PlotCtrls>Animate>DeformedResults后处理——