有限元是什么？有限元分析能具体做什么？

来源：头条号 西安方元明科技。

今天，我们来聊一聊有限元、有限元仿真、有限元分析，俗话说隔行如隔山，如果不在行内试用，还真不知道有限元是啥？下面，让我们一起来了解一下吧

有限元到底是什么

有限元分析程序通常会导入计算机辅助设计几何图形，并创建一个网格，将体积或区域划分为称为元素的较小体积或区域。想象一下，每个元件都像一个弹簧，每个弹簧相互连接形成一个大弹簧。这种方法的好处是，在制作原型之前可以检查任何形状或形式的任何计算机辅助设计模型的应力和变形，换句话说，有限元分析是虚拟样机。

有限元分析提供了快速、廉价地探索各种原型选项和设计的能力。这使得有限元分析成为提高产品性能、降低成本和缩短项目交付周期的重要工具，如果您构建并测试一个原型，您可能会发现该原型在50%负载时突然断裂。然后，您将构建另一个原型，使失败的部分更厚，并重新测试。然后，您可能会发现您的原型在不同的地方在75%的负载下出现故障。重复设计和测试循环，直到达到100%负载，没有任何故障或损坏。

另一方面，你的原型可能第一次通过测试而没有使用有限元分析，但是你不会知道你的储备因子是什么，当然除非你进行破坏测试。如果你决定测试到毁灭，你将需要几个原型组件用于每次设计迭代。例如，如果你在三种相似的材料和三种载荷情况下有三种设计选择，你需要测试至少27个原型来销毁。

你永远不会真正知道你的好设计是什么，因为制造这么多原型和测试设备的成本和准备时间是不可接受的。

有限元分析的优点之一是，在制作原型之前，您可以在计算机辅助设计模型的任何部分找到应力，因此，您可以预测哪些区域可能首先失效，以及哪些第二和第三区域可能在较高负载下失效。通过正确应用有限元分析，您可以在仿真模型而不是物理原型上，有效地执行设计迭代。

有限元分析的另一个优点是，你可以沿着构建和测试路线看到你看不到的东西。例如，如果你让灰铸铁铸件过载，在它突然开裂或断裂之前，变形可能是不明显的。现在，如果你想让它在某个方向变得更硬，那么很难在试验台架上测量如此小的挠度。通过有限元分析，挠度很容易看到，这有助于您理解载荷路径，并以最有效的方式加固结构。

为大型组件和结构构建和测试原型非常昂贵，想象一下，在一个20米长、50吨重的高架移动式起重机上，一个试验台证明地震运动的可靠性要花多少钱。另一方面，有限元分析对尺寸或重量没有限制。

塑料组件需要考虑的另一件事是，您的原型可能与您制造的组件使用不同的材料。用于大批量生产的注塑模具非常昂贵，因此您可能只能用类似的材料而不是生产材料来制造和测试您的组件。类似的塑料可以具有非常不同的机械性能，尤其是在经受高温或低温以及重复负载循环时。有限元分析将为您提供机会，以最小的成本快速探索不同的材料选择。

有限元分析尤其适用于高度管控行业中以安全为重点的部件， 如压力容器。有许多设计规范和标准要求准确计算应力， 以便对照容许应力进行检查。AS ME规范的某些部分允许有限元分析产生的应力直接用于检查符合要求的标准。

有限元分析只是一种工具，就像其他任何工具一样，需要有足够经验的工程师来理解如何正确使用它。任何金融分析师最重要的属性不是他们驱动软件包的能力，而是他们作为工程师的能力。

有限元分析具体能做什么

有限元分析是应力和结构分析最常用的工具。它还可以从运动学分析系统和计算流体动力学系统等其他工具接收输入数据。有限元分析软件可用于：

• 机械工程设计
  

  
  

• 计算机辅助制图和工程模拟服务

  
  

• 结构分析

  
  

• 模态分析

  
  

• 固体力学

  
  

• 模具流动分析

  
  

• 疲劳和断裂力学

  
  

• 热和电分析

  
  

• 金属板成形分析

当今大多数有限元分析软件都非常准确。划分有限元分析服务的不是软件，而是团队的经验。影响测试结果的一些因素是几何、物理、材料特性和载荷的准确输入。同样重要的是要记住，由于大多数有限元分析测试都是在理想的环境下进行的，所以区分优秀公司和优秀有限元分析公司的是对结果的广义解释，而不是实际数字。这也是提供有限元分析服务的公司应该拥有不同行业经验的原因。