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有限元分析培训FiniteElementAnalysisTraining邵世林喻炜董大鹏设计CAD制造试验批量生产重新设计循环传统设计过程概念设计设计CADCAE制造试验批量生产CAE驱动设计过程优化循环CAE的概念与内涵CAE：ComputerAidedEngineeringCAD：ComputerAidedDesignCAEFEA常规有限元分析CFD计算流体力学MBD多体动力学其它FEA有限元法IFEA无限元法BEM边界元法FVM有限体积法LBM离散格子玻尔兹曼法FMM快速多极子法数值方法：划分有限元网格施加约束及载荷边界条件导入或建立几何模型HyperMesh、ANSA、Patran、SimXpert、MEDINA、FEMAP等选择分析求解器Nastran、ABAQUS、ADINA、Ls-Dyna、Marc、ANSYS、Samcef、MADYMO、Radioss等划分有限元网格施加约束及载荷边界条件设置材料特性及单元特性设置分析参数提交分析结果后处理有限元一般分析流程非线性分析流体分析ANSYSSamcefLinearNastranOptiStructFEPG（国产）FluentMSCMarcADINAStar-CDStar-CCM+XFlowPowerFlowSamcefMecano显式分析LS-DYNAMSCDytranRadiossMADYMO物理量国际单位制米制国际单位制毫米制英制（1）英制（2）长度m（米）mm（豪米）in（英寸）in（英寸）质量kg（千克）tonne（吨）lbf·s²/in磅力·lb/磅时间s（秒）s（秒）s（秒）s（秒）速度m/s（米/秒）mm/s（豪米/秒）in/s（米/秒）in/s（米/秒）加速度m/s²（米/秒²）mm/s²（豪米/秒²）in/s²（米/秒²）in/s²（米/秒²）力N（牛）kg·m/s²N（牛）tonne·mm/s²lbf（磅力）lbf（磅力）密度Kg/m3（千克/米3）tonne/mm3（吨/毫米3）lbf·s²/in4（磅力·秒2/英寸4）lb/in3（吨/英寸3）应力PaN/m2（牛/米2）MPaN/mm2（牛/豪米2）lbf/in2（磅力/英寸2）p．s．i（磅/英寸2）能量J(焦）kg·m2/s²MJ(兆焦）tonne·mm2/s²lbf·in(磅力·英寸)lbf·in(磅力·英寸)方位名称全拼缩写名称全拼缩写左LeftL右RightR上Up（Top）U下DownD前FrontF后Rear/（Back）左前Left-frontLF右前Right-frontRF左后Left-rearLR右后Right-rearRR上表面TopT下表面Bottom/（Low）（Down）B多面体网格常见的梁单元截面形式备用选项导出选项Pro/E导出文件→保存副本，在弹出的保存副本对话框选择保存类型为step格式。输出step文件时，导出step文件的选项，只需勾选实体即可，不要保持默认的实体与壳体选项，以免导入CAE前处理软件时会出错。如果step格式在HyperMesh中出现多出很多重复部件的情况，保存副本时可以保存为Parasolid格式（*.x_t）格式，x_t格式导入HyperMesh中并在Tool→color→autocolor中自动赋予颜色（HyperMesh12.0及以上版本）ANSYSWorkbench的Modeler模块几何引擎核心为Parasolid，优先使用*.x_t格式常见的曲面类型在有限元分析软件中导入模型后，验证模型，检验是否有部件信息的丢失，导入几何模型后发现有些曲面无法导入，这样模型就会缺少一些比较重要的面，或者曲面存在缝隙、重叠、错位等缺陷，对较复杂的模型这种问题经常碰到。边界错位经常引起单元扭曲，导致单元质量不高，求解精度差。检验导入的几何模型尺寸单位，是否正确，检查导入分析软件后的模型几何尺寸是否和三维尺寸中的一致，可能由于不同软件中默认的长度单位不一致，导致模型出现放大或缩小。在分析软件的前处理模块中，对零部件的几何做相关处理:（a）删除不相关的线，防止在划分单元时，在此处产生不必要的节点；（b）删除重复的体、面、线；（c）填补抽取中面后，面与面之间产生的缝隙；（d）对几何特征进行相关操作，合并、相交、相切等；（e）删除内腔和凸台。单元的大小取决于计算模型的规模、计算机的能力（CPU、内存、硬盘、是否并行算法），还有对计算精度的要求。对于分析人员来说有必要在作模型处理的同时考虑分析精度和分析时间之间的平衡。通常，整体单元尺寸不大于30mm，应力梯度大和重点关注（应力大、故障处）的局部需细化单元，但粗单元到细单元的过渡要合理。单元的大小CAE之前对模型的前处理不同单元划分算法对比对某些板块类的部件，当不能采用壳单元来模拟，应用实体单元时，在划分单元的时候，应保证在厚度方向上最少有三层单元，这样便于保证弯曲方向上的刚度不至于过刚。BAOverlayAdvancedFront三维单元中，尽量采用六面体单元，避免过多的五面体和四面体单元，结构中采用四面体单元会导致结构刚度增加，如果四面体单元用二阶单元这样也能够提升求解精度。但是二阶单元会加大运算量，需要更多的求解时间与存储空间，对内存的要求也更高。一般单元阶次不超过8次。ANSYSWorkbench中单元降阶设置2D检查项单元数标准完美ElementQuality单元质量100%0.11Aspectratio长宽比95%51100%7JacobianRatio雅克比95%1.41100%3.3WarpingFactor翘曲度95%0.080100%0.1ParallelDeviation平行度偏差95%130°0°100%140°MaximumCornerAngle最大内角95%140°90°100%150°Skewness歪斜度95%0.50100%0.75正多边形检查项单元数标准完美ElementQuality单元质量100%0.11Aspectratio长宽比95%51100%7JacobianRatio雅克比95%1.41100%3.3WarpingFactor翘曲度95%0.080100%0.1ParallelDeviation平行度偏差95%130°0°100%140°MaximumCornerAngle最大内角95%140°90°100%150°Skewness歪斜度95%0.50100%0.75正多边形3D一般的求解器中雅克比为小于或等于一的数值，一般要求壳单元大于0.6，实体单元大于0.5，但Workbench中雅克比定义不同于其它软件，可以理解为其它软件雅克比的倒数（不准确）。连接的目的是为了传递力、弯矩和载荷等。序号连接关系1绑定（Tie）2接触（Contact）3销轴连接（销轴为梁单元）4螺栓连接（有/无预紧力）5刚性单元连接（RBE2）6运动副连接（connector）在反映真实自由度的前提下，合理地进行简化。设置连接的原则：ANSYSWorkbench中标准的作业格式约束与载荷10重力载荷。结构件的重力，包括简化为质量点的重力；钻具重力载荷。在不同工况分配于钢丝绳、随动架或动力头；最大提升载荷。总体设计规定的主卷扬最大提升力，等于主卷扬钢丝绳承受的拉力；加压油缸载荷。油缸加压/起拔时加压油缸产生的对桅杆的压或拉力；加压卷扬载荷。卷扬加压/起拔时卷扬钢丝绳产生的对桅杆的压或拉力；扭矩载荷。钻杆对动力头的反作用扭矩，动力头对桅杆的扭矩，桅杆对变幅机构，变幅机构对底盘的扭矩；弯矩载荷。结构件自重以及钻机受到的作用力对分析零部件的弯矩。A总体设计计算书B整机动力学计算结果C根据前两者计算结果，推算的载荷载荷来源载荷种类简化为质量点的组件附带件的清理小特征的处理求解11模型输入等效节点载荷向量装配矩阵求解矩阵应力恢复收敛判断输出网格自适应开始下一个增量步停止增量载荷迭代循环时间步循环NOYESNOYES非线性迭代计算流程图非线性问题分析的一般迭代计算求解过程，根据指定的收敛准则判断是否获取收敛解，并生成相关结果文件。当考虑接触时，分析流程还会增加接触探测、分离、穿透等的判断。通用后处理软件12Internetcafesinvacationspots