有限元分析技术的六大关键环节与最佳实践
导读：随着近年来CAE分析软件应用的普及，越来越多的人开始接触有限元分析。这在10到20年前是无法想象的。在那个年代，仿真分析似乎还主要是科研人员写论文才会涉及到的领域。另一方面，会操作软件并不等于掌握了分析能力，很多初学者仅仅是跟着网上的视频学了一点软件操作，根本没有搞懂为什么这样操作，这些操作所导致的结果到底对不对？更换应用场景和载荷工况之后，必然再次陷入到“两眼一抹黑”的困境中。一般来说，有限元分析包括准备几何模型、模型装配、网格划分、约束与负载、求解设置、结果分析等六大关键环节。任何一个环节出问题，都会直接导致仿真分析效率低下、不准确甚至彻底的失败！ 那么，有限元分析到底难在哪里？这六个环节都有哪些“坑”？下文来为您解析。根据结构构件的特点，选用合适的单元类型来模拟。不同的单元类型在客观上就要求不同的建模方案和几何准备方法。实体结构是较为简单和直观的结构形式。不过要注意原始的3D几何模型可能并不适合于直接用于仿真，通常还需要进行必要的简化、修复、添加用于加载的印记等操作。板壳结构多用于模拟薄壁结构，通常是由薄壁的实体模型抽取直面得到几何模型。对于中等厚度壳体可考虑按实体建模，然后用实体壳单元来模拟。杆系结构用于模拟杆状构件，如：桁架、梁等。几何模型可以直接创建各构件的轴线，也可由实体模型抽取轴线。除了上述三种基本类型外，实际结构还可以是各种基本类型组合而成的组合结构。比如：实体-梁组合结构、实体-板壳组合结构、板壳-梁组合结构等等，不同类型的结构之间可通过多点约束方程技术实现连接。
这里所说的模型装配不是指模型各部件的几何位置装配，而是指各部件（构件）之间的受力关系意义上的装配。常见的装配方式包括接触、Joint节点、弹簧、梁、焊点、约束方程、网格连接等。通过这些连接，各构件之间才可以传递力的作用。用单元组合体来近似描述实际结构，是有限元方法的内在要求。网格划分的关键在于网格划分选项的控制，这些控制又可以分为总体控制和局部控制两大类。一般而言，局部控制选项具有更高的优先级。通常可以在可能的应力集中区域细化单元，以获得更高应力精度。在静力分析和低速动力分析中采用高阶单元一般可以提高解的精度。
由于结构总体刚度矩阵的奇异性质，边界条件（载荷也可视为应力边界条件）成为问题能否正确求解的关键。很多人在执着于划分高质量的网格上花费了大量时间精力，但是边界条件的施加方面却十分随意。事实上，如果网格粗糙一些或者质量差一些，造成的问题也仅仅是误差层面；但是边界条件不正确的话，整个分析就彻底失败了。正因为如此，根据实际受力情况来施加合理的边界条件是问题正确求解的关键。结构分析的类型及求解选项同样是获得正确解答的重要环节之一。选择合适的分析类型，不仅是问题获得正确解答的需要，而且可以使得分析过程变得事半功倍。以柔性体的瞬态动力学分析为例，就可以根据结构特点简化为其他类型的分析，比如：动力效应不显著可简化为静力分析，载荷为简谐变化时可简化为谐响应分析，已知瞬态载荷的响应谱时可简化为响应谱分析，构件变形不显著可以简化为刚体动力学分析。所以，根据问题特点选用合适的分析类型十分重要。在确定了合适的分析类型后，正确设置相关的分析选项也是题中应有之意。在各种分析选项中，载荷步的划分与时间步设置是最重要的选项，因为这些选项实际上控制了分析的整个进程。当计算完成后，结果的查看和分析环节必不可少。软件查看结果的操作是很容易的，但是大部分新手并不能有效地分析和验证结果的正确与否。网络视频当中也几乎不涉及这类问题的讲解或讨论。还有的分析人员不知道如何根据计算结果有效地修改设计方案，甚至修改之后比改之前还要差，仿真分析越搞越迷茫。
以上这些问题，可能是每一个结构分析人员必须面对，想系统地学却又找不到地方学的为了帮助大家系统地解释面临的常见疑惑，仿真秀平台特邀金牌讲师开设专题讲座，系统讲授有限元分析的方法 论和实战经验，让你能够快人一步学习并接触到仿真分析技术的核心精髓。同时，仿真秀平台职业教育部门还将分享仿真高研院学员的研读经验和成长历程。
结构仿真分析快速入门与提高
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