1、|计算机辅助工程的主要内容与分析计算机辅助工程的主要内容与分析计算方法计算方法|有限元分析计算有限元分析计算|优化设计方法优化设计方法|工程分析中的仿真技术工程分析中的仿真技术5-1 计算机辅助工程的主要内容与分析计计算机辅助工程的主要内容与分析计算方法算方法一、定义：一、定义：以先进的计算机软硬件为物质基础，综合运用以先进的计算机软硬件为物质基础，综合运用各种先进的优化设计技术、产品动态分析技术和计各种先进的优化设计技术、产品动态分析技术和计算机来进行各种辅助的工程计算与分析的活动。算机来进行各种辅助的工程计算与分析的活动。第五章第五章 计算机辅助工程分析计算机辅助工程分析有限元法有限元法
2、优化设计优化设计 计算机仿真计算机仿真5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法有限元思想可追溯到1943年数学家Courant的工作，当时他利用三角形单元和最小势能原理研究了St.Venant扭转问题。由于当时计算机尚未出现，他的思想没有引起足够重视。知道1956年计算机开始应用于工程分析领域，美国工程师Turner才将这一思想发展成为矩阵位移法。1960年加利福尼亚大学伯克利分校的教授Clough将这一新的工程计算法由航空结构工程扩展到土木工程，并正式命名为Finite Element Method即有限元法。初始阶段，仅用于应力分析，现在已经推广到磁场、声场、流场、热传导、
3、弹塑性蠕变以及金属塑性变形等众多领域。5-2 有限单元法有限单元法将一个连续的求解域离散化，即分割成彼此用节点互相联系的有限个单元，此连续体被看作有限个单元体的组合。根据精度要求，用有限个参数来描述各单元体的力学特性。而整个连续体的力学特性就是构成它全部单元体的力学特性的总和。在计算求解时先按照平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合起来进行综合求解。5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法 力学分析方法可分为解析法和数值法，前者只能应用于求解简单问题，复杂的结构问题只能应用数值法求出问题的近似解。有限元法解决问题是物理模型的近似，而
4、数学上不做近似处理。其概念清晰，通用性与灵活性兼备，能灵活妥善处理各种复杂情况。5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法杆状单元；薄板单元；多面体单元；等参元。5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法1单元剖分 把连续弹性体分割成许多个有限大小的单元，并为单元和节点编号。2单元特征分析 以节点位移e 为基本未知量，设选一个单元位移函数，之后：（1）用节点位移表示单元位移，f=Ne。（2）通过几何方程用节点位移表示单元应变，=B e。（3）通过物理方程用节点位移表示单元应力，=G e。（4）通过虚功方程用节点位移表示节点力，Fe=Kee
5、，得出单元刚度矩阵。3总体结构合成 （1）分析整理各单元刚度矩阵，通过节点的平衡方程形成节点载 荷列阵、合成总体刚度矩阵，建立以节点位移为未知量的、以总体刚度矩阵为系数的线性代数方程：K=F。（2）对线性代数方程组进行边界条件处理，求解节点位移。进而 由=Ge可求得单元应力。5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元
6、法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法 5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法 5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法 5-2 有限单元法有限单元法 5-2 有限单元法有限单元法 5-2 有限单元法有限单元法5-2 有限单元法有限单元法To be continued5-3 优化设计优化设计5-3 优化设计优化设计基本思想：将影响产品设计性能指标要求的因素作为设计参数，并用含有这些设计参数的多元函数来描述产品的设计要求，这样就建立了有关设计问题的数学模型，那么优化设计方案就是该多元函数的极小值或者极大值
7、时的一组参数值。定义：以数学规划理论为基础，以计算机为工具的用于寻求最优设计参数或方案的设计方法称为最优化设计方法，简称优化设计方法。5-3 优化设计优化设计5-3 优化设计优化设计5-3 优化设计优化设计5-3 优化设计优化设计5-3 优化设计优化设计 5-3 优化设计优化设计5-3 优化设计优化设计5-3 优化设计优化设计5-3 优化设计优化设计5-4 计算机仿真计算机仿真5-4 计算机仿真计算机仿真 5-4 计算机仿真计算机仿真 5-4 计算机仿真计算机仿真 5-4 计算机仿真计算机仿真5-4 计算机仿真计算机仿真5-4 计算机仿真计算机仿真5-3 计算机仿真计算机仿真5-4 计算机仿真
8、计算机仿真5-4 计算机仿真计算机仿真5-4 计算机仿真计算机仿真5-4 计算机仿真计算机仿真 5-4 计算机仿真计算机仿真 5-4 计算机仿真计算机仿真 5-4 计算机仿真计算机仿真 5-4 计算机仿真计算机仿真 To be continued生活中的辛苦阻挠不了我对生活的热爱。23.6.2623.6.26Monday,June 26,2023人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。16:52:5516:52:5516:526/26/2023 4:52:55 PM做一枚螺丝钉，那里需要那里上。23.6.2616:52:5516:52Jun-2326-Jun-23日复一日的努力只为成就美好的明天。16
9、:52:5516:52:5516:52Monday,June 26,2023安全放在第一位，防微杜渐。23.6.2623.6.2616:52:5516:52:55June 26,2023加强自身建设，增强个人的休养。2023年6月26日下午4时52分23.6.2623.6.26精益求精，追求卓越，因为相信而伟大。2023年6月26日星期一下午4时52分55秒16:52:5523.6.26让自己更加强大，更加专业，这才能让自己更好。2023年6月下午4时52分23.6.2616:52June 26,2023这些年的努力就为了得到相应的回报。2023年6月26日星期一16时52分55秒16:52:5526 June 2023科学，你是国力的灵魂；同时又是社会发展的标志。下午4时52分55秒下午4时52分16:52:5523.6.26每天都是美好的一天，新的一天开启。23.6.2623.6.2616:5216:52:5516:52:55Jun-23相信命运，让自己成长，慢慢的长大。2023年6月26日星期一16时52分55秒Monday,June 26,2023爱情，亲情，友情，让人无法割舍。23.6.262023年6月26日星期一16时52分55秒23.6.26谢谢大家！谢谢大家！
