常用CAE分析類型

優(yōu)宏信息技術有限公司-PAGE6-常用CAE分析類型作者：冒小萍審校：顧伯達適用版本：所有CAE軟件CAE分析時根據結構實際工況準確判斷分析類型至關重要，根據分析類型我們決定采用何種分析軟件進行分析求解更合理。如果分析類型判斷不準確，或者由于軟件功能限制不能完成某種分析類型而做過多的簡化，分析的結果是不可靠的，對實際工程項目沒有多少參考價值。目前我們常用的結構分析類型主要有以下幾種：線性結構靜力分析結構線性靜力分析是結構設計與強度校核的基礎，主要是計算在固定不變的載荷作用下（包含由定常加速度引起的平衡慣性載荷）結構的響應（位移、應力、應變和力），不考慮慣性和阻尼的影響；固定不變的載荷和響應是一種假定，即假定載荷和結構的響應隨時間的變化非常緩慢。結構線性靜力分析中，假定結構中的工作應力小于結構材料的屈服應力，因此應力應變關系服從虎克定理，具有線性關系．同時結構的變形（位移）相對結構的總體尺寸來說，又是很小的，所以問題可以用線性方程計算．從應用的角度看，多數情況下，結構的線性分析是評估很多結構設計問題的最有效的方法．模態(tài)分析結構的模態(tài)分析是結構動力分析的基礎。模態(tài)也就是結構產生自由振動時的振動形態(tài)，也稱為振型．每一個自由振動的固有頻率都對應一個振型，一般說系統(tǒng)有多少自由度就有多少個固有頻率。實際的分析對象是連續(xù)體，具有無限多的自由度，所以其模態(tài)具有無窮階，要求用彈性動力學的偏微分方程解決，因為實際結構的復雜性，一般無法得到封閉解，通常都是用近似的方法來求解．有限單元法就是一種常用的近似方法，可以比較正確的計算出足夠多的結構振動模態(tài)．有限元中模態(tài)分析的本質是求方程的特征值問題，所分析的結構振動模態(tài)的“階數”就是指要求的對應數學方程的特征值的個數。將特征值從小到大排列就是階次。模態(tài)分析的目標是確定系統(tǒng)的模態(tài)參數，即系統(tǒng)的各階固有頻率和振型，為結構系統(tǒng)的動力特性分析和優(yōu)化設計提供依據。屈曲分析在通常的結構分析中，結構處于一個穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。但是有一些承受較大壓應力的細薄結構，例如細長的受壓桿，受到較大水壓的深海容器等，當它們所受到的壓應力達到某個臨界值時，原來的平衡狀態(tài)就會變得不穩(wěn)定，受壓的直桿會因為失去穩(wěn)定性而變彎曲，受到高水壓的容器會因為失穩(wěn)而壓癟．屈曲分析就是一種用于確定結構失去穩(wěn)定性的臨界載荷和屈曲模態(tài)形狀的技術。廣泛應用于細薄結構的設計分析中．加速度和約束力以及單元應力。

b).模態(tài)瞬態(tài)響應分析

模態(tài)瞬態(tài)響應分析中先進行模態(tài)分析，根據需要進行適當的模態(tài)截斷以減小問題的規(guī)模，然后用截斷的模態(tài)矩陣對動力學方程進行解偶，得到簡縮了的用模態(tài)坐標表示的方程，對此方程進行數值積分，得到模態(tài)坐標中的動力響應，最后通過坐標變換得到物理坐標中的響應，這個響應結果和用直接瞬態(tài)響應分析得到的響應是等同的，不過由于采用了模態(tài)截斷，所以結果中沒有包括高階響應的部分．這種方法對大型問題可以大大減少計算量，由于高階響應對實際結果影響很小，所以結果的精度也能適當保證．疲勞分析疲勞是指結構在低于靜態(tài)強度極限的載荷重復作用下出現初始裂紋，裂紋擴展，直到裂紋疲勞斷裂的現象；影響疲勞破壞的原因很多，主要考慮的是載荷的循環(huán)特征和循環(huán)次數，構件材料的疲勞特性，構件的應力分布，以及構件的形狀，大小尺寸以及材料表面熱處理等因素。疲勞分析結果主要有：應力安全因子，疲勞安全因子和疲勞壽命。優(yōu)化設計設計優(yōu)化是為滿足特定優(yōu)選目標如最小重量、最大第一階固有頻率或最小噪聲級等等的綜合設計過程。這些優(yōu)選目標稱之為設計目標或目標函數。優(yōu)化實際上含有折衷的含義，例如結構設計的更輕就要用更少的材料,但這樣一來結構就會變得脆弱,因此就要限制結構件在最大許用應力下或最小失穩(wěn)載荷下等的外形及尺寸厚度。類似地,如果要保證結構的安全性就要在一些關鍵區(qū)域增加材料,但同時也意味著結構會加重。優(yōu)化的三大變量：設計變量（自變量，每個設計變量都有上下限，定義了設計變量的變化范圍）；狀態(tài)變量（因變量，設計變量的函數，可以有上下限，也可以只有上限或者下限）；目標函數（最終的優(yōu)化目的，必須是設計變量的函數，也就是改變設計變量的數值將改變目標函數的數值）熱傳導分析

熱傳導分析通常用來校驗結構零件在熱邊界條件或熱環(huán)境下的產品特性,可以計算出結構內的溫度分布狀況，并直觀地看到結構內潛熱、熱點位置及分布?？赏ㄟ^改變發(fā)熱元件的位置、提高散熱手段、或絕熱處理或用其它方法優(yōu)化產品的熱性能。線性/非線性穩(wěn)態(tài)熱傳導分析基于穩(wěn)態(tài)的線性熱傳導分析一般用來求解在給定熱載和邊界條件下,結構中的溫度分布，計算結果包括節(jié)點的溫度，約束的熱載和單元的溫度梯度，節(jié)點的溫度可進一步用于計算結構的響應；穩(wěn)態(tài)非線性熱傳導分析則在包括了穩(wěn)態(tài)線性熱傳導的全部功能的基礎上,額外考慮非線性輻射與溫度有關的熱傳導系數及對流問題等。

b）線性/非線性瞬態(tài)熱傳導分析

線性/非線性瞬態(tài)熱傳導分析用于求解時變載荷和邊界條