几何体载荷物理系统结构热课件.ppt

1、第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础问题1：如图所示的制件，在成形过程中会产生哪些缺陷？出现的部位在何处？问题2：上图中制件冲压成形过程中的应力应变怎样分布？制件各处的厚度具体数值为多少？问题3：下图塑件在充型过程和冷却过程中各处的温度具体为多少？第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础（1）靠经验类比（公式中的各种系数）与较大的安全系数来确定结构尺寸和用材；（2）对结构动特性和耦合特性的分析基本无能为力；（3）对设计结果难以把握，一般要通过实验来验证。1、传统分析法的弱点第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础数值模拟技术第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础第三章 计算机辅助工程（C

2、AE）技术基础 利用有限元法、有限差分法和(或)其它数学方法在计算机上仿真(虚拟实验)材料的成形过程。是属于计算机辅助工程技术（computer aided engineering，简称CAE）一个内容。2、材料成形数值模拟第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础1）有限元分析2）模拟仿真3）优化设计4）三维运动机构的分析与仿真3、CAE技术的主要研究内容第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础CAD工程数据库管理系统CAECAM专家系统技术优化设计方案零件信息改进零件结构NC指令设计任务书用户需求产品模型第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础5、计算机模拟技术在材料成型中的作用计算机模拟技

3、术在材料成型中的作用 了解材料成形中工件和模具的位移场、速度场、应变场、应力场和温度场等，以此预测工件中组织性能的变化及其可能出现的缺陷；通过虚拟材料成形过程，检验工件的最终形状、尺寸、性能等是否符合设计要求，为正确选用机器设备和模具材料、合理设计模具结构提供依据；优化材料成形工艺设计和方案设计；缩短开发周期，降低生产成本，提高产品质量。第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础有限元分析法（Finite Element Analysis，FEA）有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量

4、的真实系统。定义定义第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础物理系统举例：几何体几何体 载荷载荷 物理系统物理系统结构结构热热第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础 将一个连续体的求解区域离散（剖分）成有限个形状简单的子区域（单元），各子区域相互连接在有限个节点上，承受等效节点载荷（应力载荷、温度载荷、流动载荷、磁载荷等）；根据“平衡”条件分析并建立各节点的载荷场方程，然后将它们组合起来进行综合求解，以获得对复杂工程问题的近似数值解。即即：离散化处理离散化处理单元分析单元分析整体分析整体分析有限元分析基本思路：第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础有

5、限元模型 有限元模型有限元模型 是真实系统理想化的数学抽象。定义定义真实系统真实系统有限元模型有限元模型第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础节点和单元：节点节点:空间中的坐标位置，具有一定自由度空间中的坐标位置，具有一定自由度和和存在相互存在相互物理作用物理作用。单元单元:一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵 描述（称为刚度或系数矩阵描述（称为刚度或系数矩阵)。单元有线、单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。面或实体以及二维或三维的单元等种类。有限元模型有限元模型由一些简单形状的单元组成，单元之间通由一些简单形状的单元组成，单元之间通过节点连接，

6、并承受一定载荷。过节点连接，并承受一定载荷。载荷载荷载荷载荷第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础信息是通过单元之间的公共节点传递的。.AB.AB.1 node2 nodes分离但节点重叠的单元分离但节点重叠的单元A和和B之间没有信息传递之间没有信息传递（需进行节点合并处理）（需进行节点合并处理）具有公共节点的单元具有公共节点的单元之间存在信息传递之间存在信息传递 第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础有限元分析过程：第三章 计算机辅助工程（CAE）技术基础p 固体力学：如线性和非线性静力分析、动力分析或稳定性分析、断裂力学和复合材料力学分析，求解结构的应力、位移、温度分布和频率特性等。p 流体力学：如不可压缩和可压缩的非粘性和粘性流体分析，求解流场的压力、温度、密度和流速的分布等。p 传热学：如分析热传导过程，求解热传导速度和温度分布等。p 材料成型：如分析注射（或铸造）过程中塑料（或金属）熔体的流动充模、冷却固化、压力、温度分布，以及模拟压力加工过程中金属的塑性变形、回弾、扭曲、起皱等。应用领域：