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机床为什么要做机械结构有限元分析(FEA)?
2024-07-04 14:46:56

  FEA是Failure Mode and Effect analysis失效模式和影响分析的缩写。有限元分析简单的说是对产品分成网格, 对每个网格的各个点的物理性质进行计算分析 用在很多方面:比如做一个汽车,在汽车做出来之前,是 用Proe软件做了一个真实的三维模型, 然后导入ansys进行一些受力分析,计算出每个点的力, 确定某些地方是否太薄,螺栓是否太小会断裂, 应力是否太集中导致某些地方裂开等等。再比如用FLUENT和GAMBIT对一间在中间放个火盆的屋每 个地方的温度场,空气流动等进行分析模拟。像这些都是有限元分析。对于不同的方面,有不同的软件。

  在有限元分析领域,大家似乎看到过很多缩写,比如CAE、FEM、FE、CFD、FEA等等,但从英文全程来看其实他们区别不大。比如CAE,英文全称是ComputerAidedEngineering,即计算机辅助工程;FEM,FiniteElementMethod,即有限元方法;FEA,FiniteElementAnalysis,有限元分析;CFD,ComputationalFluidDynamics,计算机流体动力学。可以看出,除了CFD强调流体以外,FEA、CAE、FEM其实都是一个范畴的,即有限元法相关,其实CFD也是他们的一个分支。为了统一,我们取FEA为有限元分析的简称。

  在数学上,有限元分法是一种为偏微分方程的边界值问题寻找近似解的数值计算方法,既然是数值计算方法,所以是没有精确解的。它将一个区域分成简单的小单元,这些小单元称为有限元,并使用各种微积分的各种求解方法在最小误差函数下求解问题。类似于连接许多小段直线可以近似逼近一个圆一样,有限元法综合每个小单元的方程去近似逼近整个大范围内的方程域。

  有限元分析的目的是为了验证结构设计,实现预定的设计标准,优化设计;在满负载情况下,结构刚性保持最小化的变形;达到规定的加速度;在不损失在静态和动态的刚性的条件下减少底座,立柱,主轴箱和工作台的重量;热量产生及相应的补偿分析;重量优化/高加速度与高性能验证刚度;减轻运行部件的重量,减小运动惯量以改进运动响应,完善厚度,形状和内部肋骨位置以增加扭转刚度。

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