有限元分析是什么？有哪些優(yōu)勢？
有限元是什么？有限元分析具體是做什么的??？能做哪些分析......真的是隔行如隔山，對于外行人來說，第一次聽到這個會一臉懵。不過，今天我就為大家來簡單介紹一下，有限元分析并沒有那么高深莫測，其背后還有這么大的用處。
也許在你看完之后，你還能想到原來你的企業(yè)在產品研發(fā)設計中也可以應用有限元分析，給你省下不少事。
什么是有限元分析
有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）是利用數(shù)學近似的方法對真實物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進行模擬。利用簡單而又相互作用的元素（即單元），就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。
有限元分析是用較簡單的問題代替復雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的（較簡單的）近似解，然后推導求解這個域總的滿足條件（如結構的平衡條件），從而得到問題的解。因為實際問題被較簡單的問題所代替，所以這個解不是準確解，而是近似解。由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。
是不是感覺文字都認識，但連在一起就有點不明白，沒關系，咱們通過例子來給你具體說說。
有限元分析有什么優(yōu)勢
目前為大型組件和結構構建和測試原型都是很昂貴，想象一下，在一個20米長、50噸重的高架移動式起重機上，一個試驗臺證明地震運動的可靠性要花多少錢？要重復多少次試驗？
這只是其中一個很小的縮影，在不同的行業(yè)，產品研發(fā)設計中都會要做各種各樣的驗證試驗。而有了有限元分析后，可以給企業(yè)在產品研發(fā)設計中提供快速、低成本地探索各種原型選項和設計的能力。這使得有限元分析成為提高產品性能、降低成本和縮短項目交付周期的重要工具。
如果你想構建并測試一個產品原型，你試驗發(fā)現(xiàn)該原型在60%負載時會突然斷裂。然后，你將重新調整參數(shù)或材料構建新的產品原型，在原來斷裂部分進行加厚，并重新測試。你可能會發(fā)現(xiàn)產品原型在75%的負載時另一個地方又出現(xiàn)問題。就這樣不斷重復設計和測試，直到達到100%負載，產品原型沒有任何故障或損壞。
這個時候，利用有限元分析，就能夠體現(xiàn)出其優(yōu)勢來了。你在制作原型之前，利用計算機輔助設計模型的任何部分找到應力，這樣就可以利用CAE仿真預測哪些區(qū)域可能首先失效，以及哪些第二和第三區(qū)域可能在較高負載下失效。通過應用有限元分析，就可以在仿真模型而不是物理原型上，有效地執(zhí)行設計迭代。
還有就是你可以沿著構建和測試路線看到你看不到的東西。例如，如果你讓灰口鑄鐵件過載，在它突然開裂或斷裂之前，變形可能是不明顯的?，F(xiàn)在，如果你想讓它在某個方向變得更硬，那么很難在試驗臺架上測量如此小的撓度。通過有限元分析，撓度很容易看到，這有助于你理解載荷路徑，并以最有效的方式加固結構。
有限元分析優(yōu)勢不只是以上兩點，還能增加設計功能，減少設計成本；縮短設計和分析的循環(huán)周期；增加產品和工程的可靠性；采用優(yōu)化設計，降低材料的消耗或成本等。
有限元分析在工程設計和科研領域得到了越來越廣泛的重視和應用，已經成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，從汽車到航天飛機幾乎所有的設計制造都已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、新能源、電子電器、國防軍工、船舶、石化和科學研究等。
有限元分析步驟
第一步：前處理
第二步：總裝求解
第三步：后處理
有限元分析能做哪些分析？
1、靜態(tài)/準靜態(tài)分析：各類工程結構、零件及裝配件的結構強度校核等。
2、振動/模態(tài)分析：結構固有頻率的提取、瞬態(tài)響應分析、DDAM、穩(wěn)態(tài)響應分析、隨機響應分析、復特征值分析等。
3、高度非線性分析：幾何、材料、邊界非線性分析、采用靈活高效的自動增量步長確保計算收斂，采用自適應網格技術解決大變形問題。
4、接觸分析：大規(guī)模接觸問題的精確求解，面面接觸、自動接觸。
5、柔性多體動力學分析：對機構的運動情況進行分析，并和有限元功能結合進行結構和機械的耦合分析，并可以考慮機構運動中的接觸和摩擦。
6、爆炸和沖擊分析：爆炸、空爆、高速沖擊。
7、跌落和碰撞分析：系統(tǒng)級分析、考慮裝配預應力。
8、復合材料失效和斷裂分析：虛擬裂紋閉合技術、裂紋擴張模擬、漸進式材料失效。
9、顯式-隱式聯(lián)合分析：成型回彈分析、焊接裂紋評估、帶預應力的碰撞、充氣輪胎的沖擊分析。
10、成型過程分析：沖壓、冷軋、熱軋、鍛造、彎管等過程分析，包括各種鈑金件的加工過程模擬 ；焊點、墊片、螺栓連接分析；螺栓預緊力、法蘭密封和連接、發(fā)動機密封件分析。
11、橡膠和輪胎分析：屈曲和失穩(wěn)分析、循環(huán)載荷分析、疲勞和耐久性分析等。
相信隨著技術的不斷進步，有限元分析也會越來越強，應用的也會更加廣泛。如果你對于有限元分析還有問題或者需要了解更多，可和我們元王進行交流。
