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有限元分析及应用
课程教学主要内容
★ 有限元分析的基本理论与方法 ★ 有限元方法与ANSYS简介 ★ 案例分析
相互交叉,相互结合
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有限元分析的基本理论与方法
Finite Element理论与方法 ★ 有限元方法概述 ★ 有限元分析的哲学思想 ★ 有限元分析的力学基础 ★ 有限元分析的数学原理 ★ 有限元案例分析
❖激光熔池有限元模拟
流体问题，包括融化和凝固两过程，伴 有能量对流、扩散
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有限元分析的基本理论与方法
半导体芯片温度场数值模拟
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有限元分析的基本理论与方法
水轮机叶轮的受力分析
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有限元分析的基本理论与方法
❖轴承强度分析
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有限元分析的基本理论与方法
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有限元分析的基本理论与方法
“有限单元法”由Clough在1960年提 出，1945～1955年发展起来的结构分析 矩阵法—位移法是它的雏形
最先在固体力学领域(飞机结构分析等) 中得到应用，随后广泛应用于热力学、 电磁学、流体力学领域
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有限元分析的基本理论与方法
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有限元分析的基本理论与方法 有限元方法概述 ★ 科学问题
观察猜测 归纳分析 论证总结
★ 工程问题
理论分析 数值模拟 科学实验
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有限元分析的基本理论与方法 有限元方法概述 ★ 研究与解决问题的思路
实际问题 抽象与简化(建模) 数值分析 验证结论(实验)
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有限元分析的基本理论与方法 有限元方法概述 ★有限元方法的两大应用
1967年《结构与连续力学的有限元 法》出版，由张佑启与辛克维奇教授合 作，该书后来更名为《有限元法》
辛克维奇——有限元之父 张佑启——有限条法之父
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有限元分析的基本理论与方法
辛克维奇 有限元 复杂结构的计算问题 简单单元的分析和集合问题 数学近似，是应用数学的一个新分支。
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有限元分析的基本理论与方法
有限元方法概述 ★ 有限元的发展现状
线性问题 非线性问题
排气管的热变形、热应力 复合材料分析
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发动机排气管的温度场
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有限元分析的基本理论与方法
有限元方法概述 ★ 有限元的发展现状
可视化前置建模、后置数据处理
工作站运算速度越来越快 求解运算时间越来越少——20% 数据准备和运算结果处理日益完善
有限元分析及应用
FEA & APPLICATION
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有限元分析及应用
★ 课程设置的相关背景
工程问题的现代设计，科学研究 虚拟现实与遥操作 近似计算的“精确逼近”
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有限元分析及应用
★ 课程设置的相关背景
工程问题的研究对象：
连续体 离散体 混合系统
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有限元分析及应用
CAD软件完成零部件造型 模型置入有限元软件完成分析
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有限元分析的基本理论与方法
有限元方法概述 ★ 有限元的发展现状
有限元软件与CAD软件具有接口 AutoCAD、Pro/ENGINEER Unigraphics、SolidWorks等
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有限元分析的基本理论与方法 有限元分析实例
MARC ——非线性分析
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有限元分析的基本理论与方法
有限元方法概述
★ 有限元的发展现状
从结构力学
多物理场问题
有限元方法已发展到温度场、电磁场 声场、多相流场和耦合场问题的求解
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有限元分析的基本理论与方法 有限元方法概述 ★有限元的发展现状
气流——“流固耦合”
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有限元分析的基本理论与方法
大小链轮的应力变形分析
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有限元分析的基本理论与方法
911模拟
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项目一：曲轴结构设计
◆ 科学计算或数值模拟 ◆ 数字设计或虚拟仿真
(新产品设计错误60%可消除) (90%新产品应用有限元分析)
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有限元分析的基本理论与方法
有限元方法概述
❖20世纪60年代开始，研究人员开发 了大量小规模、使用灵活、价格较 低的专用或通用有限元软件
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有限元分析的基本理论与方法
❖齿轮接触应力有限元分析
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有限元分析的基本理论与方法
❖装载机后桥位移云图
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有限元分析的基本理论与方法
❖PBX材料损伤蠕变特性研究
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有限元分析的基本理论与方法
❖整机静强度分析
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有限元分析的基本理论与方法
汽车碰撞分析有限元模型
有限元方法概述
❖德国的ASKA——航空 ❖英国的PAFEC——模具、化工 ❖法国的SYSTUS——电磁、热传导 ❖美国的ANSYS——通用
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有限元分析的基本理论与方法
有限元方法概述
❖美 国 的 NASTRAN—— 结 构 动 力 学
ABQUS——非线性分析
ADINA——非线性分析
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有限元分析的基本理论与方法 有限元方法概述
★ 有限元的发展现状
前置建模和后置数据处理模块 ——图形方式建模 ——图形方式网格划分 ——图形方式加载 ——结果云图、所需数据列表
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有限元分析的基本理论与方法 有限元方法概述 ★ 有限元的发展现状
与CAD软件的无缝集成
★ 课程的预习和准备
国内外有限元课程学习网站 国内外ANSYS应用论坛、专题网站 各类有限元理论及ANSYS应用教程
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有限元分析及应用
★ 课程学习的条件准备
ANSYS软件自备 U盘自备一个
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有限元分析及应用
★ 课程学习特点 “实践出真知”
★ 课程学习要求 基础理论与“实战”结合
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有限元分析的基本理论与方法 有限元方法概述 ★有限元方法的发展历程
起源与问题的提出: 处理对象:结构复杂 处理要求:精度逼近、材料性能已知
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有限元分析的基本理论与方法
有限元方法概述
有限单元法是在20世纪50年代 为处理固体力学问题而提出的，是 随计算机发展而发展起来的一种数 值计算方法