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1.3 有限元法的特点

1)概念清楚,容易理解,可以在不同程度、不同深度上理解与应用。采用有限元技术分析工程实际问题,需要在计算机上应用某种分析软件。这就为使用者在多个层面上学习和应用有限元提供了平台,既可以通过直观的物理意义来学习,也可以通过严格的力学概念和数学概念进行推导,甚至研究新型单元或新算法。

2)通用性强,应用范围广泛。有限元法的基本做法是离散化,由于单元种类多、单元大小随意,单元数量不限,可以用来求解工程中任何复杂问题,如复杂结构形状问题,复杂边界条件问题等。有限单元法在应用上已远远超过了原来的范围,由平衡问题扩展到稳定问题与动力问题,由弹性问题扩展到弹塑性、非均质与非线性材料、大变形、接触等问题。

3)采用矩阵形式表达,计算格式统一,便于编程计算。可以充分发挥计算机计算能力强的优势。

4)配有大型通用软件。大型通用软件成熟且商业化,不需要专门编程,为广泛应用有限元法解决工程实际问题提供了有效工具和手段。

有限元软件可以分为通用软件和专用软件两类。通用软件适应性广、规范、输入方法简单,有较齐全的单元库,大多数还提供了二次开发的接口,可进一步拓展软件应用功能,使用通用软件分析一般常见的问题都能够得到满意的结果。但对于一些比较特殊的问题,尤其是处于研究阶段的问题,往往需要针对某些特定领域、特定问题开发的专用软件,以解决专门问题。目前常用的有限元软件有:ANSYS、MARC、ABAQUS、NASTRAN、ADINA、AL-GOR、SAP、STRAND等。譬如ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

5)先进的前处理,实现网格自动划分,提高效率;完善的后处理,可视或动态显示,直观形象。

应用有限元法进行结构分析时,首先要建立有限元分析模型,对结构实体进行离散化、准备相关数据,但这样做的工作量相当大,人工操作效率低且容易出错。随着软件的不断完善,前处理功能越来越强大,能实现单元自动划分,并进行网格检查,减少错误,减轻结构分析的劳动强度,提高效率。此外,一些通用软件能与CAD、Creo等软件接口,实现数据的共享和交换,这样会使结构方案的优化、修改和分析变得更加快捷。

有限元软件的后处理功能很完善,能够显示应力、形变、温度等分布,显示动态过程,形象逼真,为后续结构评判提供便捷方式。

6)有限元是一种数值分析方法,计算误差难免,且不易估计,需要有经验的人员进行分析判断。误差除了来自计算机的数据记录误差,更主要与单元的类型选择、单元划分的形状及单元尺寸大小、载荷工况、边界约束条件等有限元模型有关。 jIyRCein6CpEXNZABuI1Bo7wZ8Fem5U7PjUHud9FTbgFI82gUeI//w1dedYUV5lx

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