CAE仿真工程师面试100问答案21—40

还在熬夜等答案到天荒地老吗？来了，它来了，CAE仿真工程师面试100问答案系列终于千呼万唤始出来——这是系列第2篇，头发存量不足者慎入！

21. 隔振器的原理

    隔振器通过弹性元件（如弹簧）和阻尼元件（如阻尼器）隔离振动源与被保护结构。其核心是降低系统的固有频率，使其远低于外界激励频率，从而减少振动传递率（通过频率比大于√2实现隔振）。

22. 单元刚度矩阵的物理意义

    单元刚度矩阵描述单元节点力与节点位移之间的线性关系，反映了单元的刚度特性。其图示形式为：

 

 
23. 简述FEM整体刚度矩阵的性质和特点

- 对称性：源于材料本构关系的对称性（如弹性矩阵对称）。  
- 稀疏性：节点仅与相邻单元连接，矩阵中大量零元素。  

- 奇异性：未施加约束时存在刚体 位移，需引入边界条件消除奇异性。  
- 对角线元素正定：物理上表示节点刚度贡献为正。

24. 弹性力学平面问题的几何方程，物理方程，平衡方程分别表示什么关系

 - 几何方程：表示应变与位移的微分关系

  
 - 物理方程：表示应力与应变关系。

 - 平衡方程：描述应力与体力（如重力）的平衡。

 

25. 三角形常应变单元的特点

    应变在单元内为常数（线性位移函数）。 适用于复杂几何边界，但精度较低，需密集网格细化。

26. 矩形单元的特点

    位移函数为双线性：

    u = a + bx + cy + dxy；

适应直线边界能力强，  对曲线或斜边界拟合差，常与三角形单元混合使用（如Q4与T3混合）。

27. 单元刚度矩阵如何组装成整体刚度矩阵

    采用叠加法（直接刚度法），将每个单元刚度矩阵按节点自由度编号叠加到整体矩阵对应位置，形成全局平衡方程。

步骤如下：

28. 固体非线性问题中非线性部分的内容体现在在总刚矩阵的哪部分

    非线性（如材料塑性、几何大变形、接触）导致总刚矩阵在迭代中不断更新。材料非线性主要影响单元刚度矩阵，进而影响整体刚度矩阵的非对角元素。

29. 有限元软件WELSIM的包括哪些组成部分及各部分作用是什么

    这个软件很小众，可忽略。

通用有限元至少包含下列几个模块：
- 前处理器：建模、网格划分、材料定义、约束、载荷。  
- 求解器：数值计算（线性/非线性、静/动力分析）。  
- 后处理器：结果可视化（应力云图、动画）。  
- 材料库：内置本构模型（弹性、塑性、损伤等）。  

30. LS-DYNA与ABAQUS的区别，哪个算得准一些

- LS-DYNA：显式动力学为主，擅长冲击、爆炸等瞬态问题。  
- ABAQUS：隐式（静力、低频振动）与显式（瞬态）结合，适用更广。  
- 准确性：取决于问题类型，瞬态动力学LS-DYNA更优，复杂非线性ABAQUS更稳健。此外，只要经过对标以及验证，两个软件精度都足够，并没有哪一个更优。

31. 系统仿真中一维与三维仿真的区别

一维：系统级仿真，与控制相关。  
三维：部件级仿真，与机械系统相关，精确几何与应力场，计算成本高，适用于复杂结构。

32. 有哪些提高计算效率的方法

- 并行计算：多核/GPU加速。  
- 子模型技术：全局粗网格+局部细网格。  
- 自适应网格：动态调整网格密度。  
- 模型简化：对称性利用、降阶模型。
- 质量缩放：注意增加质量应小于5%，具体可参考《Ls-Dyna|质量缩放的前世今生》

33. 如何模拟接触面的损伤

    采用粘聚力单元（Cohesive Zone Model），定义损伤起始准则（如最大应力）与演化规律（如能量释放率），需注意界面刚度选择与收敛性控制。

34. 了解的复合材料失效本构

- 纤维主导失效：Hashin（纤维断裂/屈曲）、Chang-Chang。 

- 基体主导失效：Puck、LaRC。  
- 各向同性准则：Tsai-Wu、Hoffman、最大应力/应变。

35. 怎么判断网格大小是否合适

- 收敛性分析：逐步细化网格，比较结果差异（如应力误差<5%）。  
- 梯度检查：高应力梯度区域需更密网格。  
- 经验公式：根据波长或几何特征尺寸划分，可参考《Ls-Dyna|聊一聊动力学显式计算时间》。

36. 振动力学的共振带一般为多大

    通常为固有频率的30%，具体取决于阻尼比（如阻尼比ζ=0.05时，-3dB带宽约±10%）。

37. 多自由度系统振动方程是如何解耦的

    通过模态坐标变换，利用模态矩阵的正交性，将耦合方程转化为独立单自由度方程：  

38. 模态分析的意义有哪些

- 结构动力学的基础：确定固有频率与振型，避免共振，评估结构动态响应特性。 为谐响应、瞬态分析，随机振动提供基础。

- 发现结构薄弱点：结构强度薄弱位置模态容易被激发出来，Workbench里求解时可打开stress来显示薄弱位置。

- 检查接触关系是否正确：若接触不良，构件会飞掉，装配体的第一个分析应该是模特分析

39. 你了解哪些接触类型

 面面接触（通用）、点面接触（冲击问题）、绑定接触（无滑移）、摩擦接触（库伦摩擦）、无摩擦接触。

40. 如何进行粘胶分析，注意事项及方法

    常用的模型包括线性粘弹模型、非线性粘弹模型、黏聚力模型。

    注意事项：

‌    - 几何和网格划分‌：粘胶区域的网格划分需要足够精细
‌    - 材料属性‌：粘胶的材料属性（如弹性模量、粘附力等）对分析结果有重要影响。
‌    - 接触界面处理‌：零厚度还是具有厚度的建模方法，可参考《LS-DYNA|零厚度内聚力单元的模拟方法》

来源：仿真社