導(dǎo)讀：隨著近年來CAE分析軟件應(yīng)用的普及，越來越多的人開始接觸有限元分析。這在10到20年前是無法想象的。在那個年代，仿真分析似乎還主要是科研人員寫論文才會涉及到的領(lǐng)域。

另一方面，會操作軟件并不等于掌握了分析能力，很多初學(xué)者僅僅是跟著網(wǎng)上的視頻學(xué)了一點軟件操作，根本沒有搞懂為什么這樣操作，這些操作所導(dǎo)致的結(jié)果到底對不對？更換應(yīng)用場景和載荷工況之后，必然再次陷入到“兩眼一抹黑”的困境中。

一般來說，有限元分析包括準(zhǔn)備幾何模型、模型裝配、網(wǎng)格劃分、約束與負載、求解設(shè)置、結(jié)果分析等六大關(guān)鍵環(huán)節(jié)。任何一個環(huán)節(jié)出問題，都會直接導(dǎo)致仿真分析效率低下、不準(zhǔn)確甚至徹底的失敗！

那么，有限元分析到底難在哪里？這六個環(huán)節(jié)都有哪些“坑”？下文來為您解析。

1、準(zhǔn)備幾何模型

根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特點，選用合適的單元類型來模擬。不同的單元類型在客觀上就要求不同的建模方案和幾何準(zhǔn)備方法。

（1）實體結(jié)構(gòu)

實體結(jié)構(gòu)是較為簡單和直觀的結(jié)構(gòu)形式。不過要注意原始的3D幾何模型可能并不適合于直接用于仿真，通常還需要進行必要的簡化、修復(fù)、添加用于加載的印記等操作。

（2）板殼結(jié)構(gòu)

板殼結(jié)構(gòu)多用于模擬薄壁結(jié)構(gòu)，通常是由薄壁的實體模型抽取直面得到幾何模型。對于中等厚度殼體可考慮按實體建模，然后用實體殼單元來模擬。

（3）桿系結(jié)構(gòu)

桿系結(jié)構(gòu)用于模擬桿狀構(gòu)件，如：桁架、梁等。幾何模型可以直接創(chuàng)建各構(gòu)件的軸線，也可由實體模型抽取軸線。

除了上述三種基本類型外，實際結(jié)構(gòu)還可以是各種基本類型組合而成的組合結(jié)構(gòu)。比如：實體-梁組合結(jié)構(gòu)、實體-板殼組合結(jié)構(gòu)、板殼-梁組合結(jié)構(gòu)等等，不同類型的結(jié)構(gòu)之間可通過多點約束方程技術(shù)實現(xiàn)連接。

2、模型的裝配

這里所說的模型裝配不是指模型各部件的幾何位置裝配，而是指各部件（構(gòu)件）之間的受力關(guān)系意義上的裝配。常見的裝配方式包括接觸、Joint節(jié)點、彈簧、梁、焊點、約束方程、網(wǎng)格連接等。通過這些連接，各構(gòu)件之間才可以傳遞力的作用。

3、網(wǎng)格劃分

用單元組合體來近似描述實際結(jié)構(gòu)，是有限元方法的內(nèi)在要求。網(wǎng)格劃分的關(guān)鍵在于網(wǎng)格劃分選項的控制，這些控制又可以分為總體控制和局部控制兩大類。一般而言，局部控制選項具有更高的優(yōu)先級。通常可以在可能的應(yīng)力集中區(qū)域細化單元，以獲得更高應(yīng)力精度。在靜力分析和低速動力分析中采用高階單元一般可以提高解的精度。

4、約束與負載

由于結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣的奇異性質(zhì)，邊界條件（載荷也可視為應(yīng)力邊界條件）成為問題能否正確求解的關(guān)鍵。很多人在執(zhí)著于劃分高質(zhì)量的網(wǎng)格上花費了大量時間精力，但是邊界條件的施加方面卻十分隨意。 事實上，如果網(wǎng)格粗糙一些或者質(zhì)量差一些，造成的問題也僅僅是誤差層面；但是邊界條件不正確的話，整個分析就徹底失敗了。正因為如此，根據(jù)實際受力情況來施加合理的邊界條件是問題正確求解的關(guān)鍵。

5、指定分析類型與選項

結(jié)構(gòu)分析的類型及求解選項同樣是獲得正確解答的重要環(huán)節(jié)之一。

選擇合適的分析類型，不僅是問題獲得正確解答的需要，而且可以使得分析過程變得事半功倍。以柔性體的瞬態(tài)動力學(xué)分析為例，就可以根據(jù)結(jié)構(gòu)特點簡化為其他類型的分析，比如：動力效應(yīng)不顯著可簡化為靜力分析，載荷為簡諧變化時可簡化為諧響應(yīng)分析，已知瞬態(tài)載荷的響應(yīng)譜時可簡化為響應(yīng)譜分析，構(gòu)件變形不顯著可以簡化為剛體動力學(xué)分析。 所以，根據(jù)問題特點選用合適的分析類型十分重要。在確定了合適的分析類型后，正確設(shè)置相關(guān)的分析選項也是題中應(yīng)有之意。在各種分析選項中，載荷步的劃分與時間步設(shè)置是最重要的選項，因為這些選項實際上控制了分析的整個進程。

6、結(jié)果查看與分析

當(dāng)計算完成后，結(jié)果的查看和分析環(huán)節(jié)必不可少。軟件查看結(jié)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驗證結(jié)果的正確與否。網(wǎng)絡(luò)視頻當(dāng)中也幾乎不涉及這類問題的講解或討論。還有的分析人員不知道如何根據(jù)計算結(jié)果有效地修改設(shè)計方案，甚至修改之后比改之前還要差，仿真分析越搞越迷茫。

編者按： 以上這些問題，可能是每一個結(jié)構(gòu)分析人員必須面對，想系統(tǒng)地學(xué)卻又找不到地方學(xué)的

那么：

0基礎(chǔ)或者轉(zhuǎn)行做仿真可行嗎？

結(jié)構(gòu)分析師到底應(yīng)當(dāng)具備什么樣的知識體系？

理論基礎(chǔ)知識如何用到仿真分析的工程實踐？

仿真分析技術(shù)到底應(yīng)該怎么學(xué)？

有限元軟件到底怎么樣才能系統(tǒng)的入門和提升？

。。。

為了幫助大家系統(tǒng)地解釋面臨的常見疑惑，仿真秀平臺特邀金牌講師開設(shè)專題講座，系統(tǒng)講授有限元分析的方法論和實戰(zhàn)經(jīng)驗，讓你能夠快人一步學(xué)習(xí)并接觸到仿真分析技術(shù)的核心精髓。同時，仿真秀平臺職業(yè)教育部門還將分享仿真高研院學(xué)員的研讀經(jīng)驗和成長歷程。

審核編輯 ：李倩