Finite-Elemente-Analyse: Einführung

Die folgenden vier-Artikel-Serie wurde in einem Newsletter der American Society of Mechanical Engineers veröffentlicht. Sie dient als Einführung in die aktuelle Analyse Disziplin als Finite-Elemente-Methode bekannt. Der Autor ist ein technischer Berater und Gutachter, spezialisiert auf Finite-Elemente-Analyse.

FEA: Einführung

von Steve Roensch, Präsident, Roensch u0026 Associates

Zuerst in einer vierteiligen Serie

Finite-Elemente-Analyse ist eine relativ neue Disziplin überqueren die Grenzen der Mathematik, Physik, Technik und Informatik. Die Methode hat eine breite Anwendung und bietet umfangreiche Nutzung in den Struktur-, Wärme- und Fluidanalysebereiche. Die Finite-Elemente-Verfahren besteht aus drei Hauptphasen: Vorverarbeitung, bei der der Analyst entwickelt sich eine Finite-Elemente-Netz die Objektgeometrie in Subdomänen zur mathematischen Analyse zu unterteilen, und wendet Materialeigenschaften und Randbedingungen, eine Lösung, in der die Programm herleitet die regierenden Matrizengleichungen aus dem Modell und löst für die Primär Mengen und Nachbearbeitung, bei dem der Analytiker die Gültigkeit der Lösung überprüft, untersucht die Werte von Grundgrößen, und leitet daraus und prüft zusätzliche Mengen.

Die Vorteile der FEA sind zahlreich und wichtig. Ein neues Design-Konzept kann modellierenden seiner realen Welt Verhalten unter verschiedenen Last Umgebungen zu bestimmen, und daher vor der Erstellung von Zeichnungen verfeinert werden kann, wenn einige Dollar begangen wurden, und Änderungen sind nicht teuer. Sobald eine detaillierte CAD-Modell entwickelt wurde, kann FEA das Design im Detail analysieren, das spart Zeit und Geld, indem die Anzahl der Prototypen erforderlich ist, verringert. Ein bestehendes Produkt, das ein Feld Problem auftritt oder einfach verbessert wird, kann analysiert werden, um eine Änderungs zu beschleunigen und die Kosten zu reduzieren. Zusätzlich kann FEA auf immer erschwinglicher Computer Workstations und PCs durchgeführt werden, und professionelle Hilfe zur Verfügung steht.

Es ist auch wichtig, die Grenzen von FEA zu erkennen. Kommerzielle Software-Pakete und die benötigte Hardware, die erhebliche Preissenkungen gesehen haben, benötigen nach wie vor eine erhebliche Investition. Das Verfahren kann Produkttests zu reduzieren, aber es ist nicht völlig ersetzen kann. Wahrscheinlich am wichtigsten ist, kann ein unerfahrener Benutzer falsche Antworten liefern, bei denen teure Entscheidungen basieren. FEA ist ein anspruchsvolles Werkzeug, dass der Analytiker beherrschen muss nicht nur in der Elastizität oder Flüssigkeiten, sondern auch in den Bereichen Mathematik, Informatik, und hier insbesondere der Finite-Elemente-Methode selbst.

Welches FEA-Paket zu verwenden ist ein Thema, das nicht eventuell in dieser kurzen Diskussion abgedeckt werden kann, und die Wahl persönlichen Vorlieben sowie Paket-Funktionalität beinhaltet. Wo das Paket auszuführen, hängt von der Art der Analyse durchgeführt wird. Eine typische Finite-Elemente-Lösung erfordert eine schnelle, moderne Festplatten-Subsystem für eine akzeptable Leistung. Die Speicheranforderungen sind natürlich abhängig von dem Code, sondern im Interesse der Leistung, je mehr desto besser, mit 512 MB bis 8 Gbyte pro Benutzer eine repräsentative Auswahl. Die Rechenleistung ist das letzte Glied in der Leistungskette, mit Taktfrequenz, Cache, Pipelining und multi-processing alle in der unteren Zeile beiträgt. Diese Analysen können stundenlang auf den schnellsten Systemen laufen, so Rechenleistung ist von fundamentaler Bedeutung.

Ein Aspekt oft übersehen, wenn die Finite-Elemente-Bereich Eingabe ist die Bildung. Ohne eine angemessene Ausbildung auf der Finite-Elemente-Methode und der spezifischen FEA-Paket, ein neuer Benutzer in einer angemessenen Zeit nicht produktiv sein, und in der Tat kann scheitern kläglich. Erwarten Sie ein bis zwei Wochen zu widmen vorne, und eine weitere ein bis zwei Wochen im ersten Jahr, entweder Unterricht oder Selbsthilfe Bildung. Es ist auch wichtig, dass der Benutzer ein Grundverständnis für das Betriebssystem des Computers haben.

Nächster Monat Artikel wird auf der Vorbearbeitung Phase des Finite-Elemente-Methode ins Detail gehen.

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