CAE在实际工程中常见的仿真分析模式
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CAE在实际工程中常见的仿真分析模式

发布时间:2022/9/22 来源:杰索 29

CAE是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算,以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。而CAE软件可作动力学分析,静态结构分析,动态分析;研究线性、非线性问题;分析结构(固体)、流体、电磁等。

1. 线性结构静力分析

结构线性静力分析是结构设计与强度校核的基础,主要是计算在固定不变的载荷作用下(包含由定常加速度引起的平衡惯性载荷)结构的响应(位移、应力、应变和力),不考虑惯性和阻尼的影响;固定不变的载荷和响应是一种假定,即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。

结构线性静力分析中,假定结构中的工作应力小于结构材料的屈服应力,因此应力应变关系服从虎克定理,具有线性关系。同时结构的变形(位移)相对结构的总体尺寸来说,又是很小的,所以问题可以用线性方程计算。从应用的角度看,多数情况下,结构的线性分析是评估很多结构设计问题的最有效的方法。

2. 模态分析

结构的模态分析是结构动力分析的基础。模态也就是结构产生自由振动时的振动形态,也称为振型。每一个自由振动的固有频率都对应一个振型,一般说系统有多少自由度就有多少个固有频率。实际的分析对象是连续体,具有无限多的自由度,所以其模态具有无穷阶,要求用弹性动力学的偏微分方程解决,因为实际结构的复杂性,一般无法得到封闭解,通常都是用近似的方法来求解。

有限单元法就是一种常用的近似方法,可以比较正确的计算出足够多的结构振动模态。有限元中模态分析的本质是求方程的特征值问题,所分析的结构振动模态的“阶数”就是指要求的对应数学方程的特征值的个数。将特征值从小到大排列就是阶次。

模态分析的目标是确定系统的模态参数,即系统的各阶固有频率和振型,为结构系统的动力特性分析和优化设计提供依据。

3. 屈曲分析

在通常的结构分析中,结构处于一个稳定平衡的状态。但是有一些承受较大压应力的细薄结构,例如细长的受压杆,受到较大水压的深海容器等,当它们所受到的压应力达到某个临界值时,原来的平衡状态就会变得不稳定,受压的直杆会因为失去稳定性而变弯曲,受到高水压的容器会因为失稳而压瘪。屈曲分析就是一种用于确定结构失去稳定性的临界载荷和屈曲模态形状的技术。广泛应用于细薄结构的设计分析中。

4. 非线性结构分析

固体力学从本质上讲是非线性的,线性假设是实际问题的一种简化,在分析线弹性体系时,假设节点位移无限小,材料的应力和应变关系满足虎克定律,加载时边界条件保持不变,若不满足上述条件之一就会形成非线性问题。

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