Finite-Elemente-Analyse: Post-Verarbeitung

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

FEA: Post-Verarbeitung

von Steve Roensch, Präsident, Roensch u0026 Associates

Zuletzt in einer vierteiligen Serie

Nachdem ein Finite-Elemente-Modell, hergestellt wurde, und überprüft wurden Grenzbedingungen angewendet wurden, und das Modell gelöst wurde, ist es Zeit, um die Ergebnisse der Analyse zu untersuchen. Diese Aktivität wird als die Nachbearbeitungsphase der Finite-Elemente-Methode bekannt.

Die Nachbearbeitung beginnt mit einer gründlichen Prüfung für Probleme, die während der Lösung aufgetreten sein kann. Die meisten Solver bieten eine Protokolldatei, die für Warnungen oder Fehler gesucht werden soll, und die auch ein quantitatives Maß dafür, wie gut erzogene die numerischen Verfahren wurden während Lösung bieten. Als nächstes wird bei zurückhaltender Knoten Reaktionslasten sollten als „Plausibilitätsprüfung“ zusammengefasst und untersucht werden. Reaktionslasten, die eng nicht die angeschlossene Last resultierende für eine lineare statische Analyse ausgleichen sollten Zweifel an der Gültigkeit der anderen Ergebnisse werfen. Fehler Normen wie Dehnungsenergiedichte und Spannungsabweichung zwischen benachbarten Elementen könnte bei der nächsten betrachtet werden, aber für die h-Code analysiert diese Mengen werden am besten verwendet nachfolgende adaptive Neuvernetzung Ziel.

Sobald die Lösung überprüft ist frei von numerischer Probleme ist, können die Mengen von Interesse untersucht werden. Viele Anzeigeoptionen stehen zur Verfügung, die Wahl, welche auf der mathematischen Form der Menge Bedeutung sowie seiner physikalischen abhängt. Zum Beispiel Knoten die Verschiebung eines festen linearen Ziegel-Elements ist ein 3-Komponenten-Raumvektor, und die gesamte Verschiebung des Modells oft durch Übereinanderlegen der deformierten Form über die nicht verformte Form angezeigt wird. Dynamische Anzeigen und Animationsfunktionen Hilfe stark ein Verständnis des Deformationsmuster zu erhalten. Betont, Tensor Mengen sind, fehlt derzeit eine gute Single Visualisierungstechnik und somit abgeleitet Stress Mengen werden extrahiert und angezeigt. Hauptspannungsvektoren können als farbcodierte Pfeile angezeigt werden, die beide Richtung und Größe anzeigt. Die Größe der Hauptspannungen oder eines skalaren Bruchspannung wie die von Mises-Spannung kann auf dem Modell als farbige Bänder angezeigt werden. Wenn diese Art von Display als 3D-Objekt-Lichtquellen ausgesetzt behandelt wird, wird das resultierende Bild als schattiertes Bild Spannungsdarstellung bekannt. Verschiebungsgröße kann auch durch Farbstreifen angezeigt werden, aber dies zu einer Fehlinterpretation als Stress Handlung führen kann.

Ein Bereich der Nachbearbeitung, die schnell an Popularität gewinnt, ist die adaptive Neuvernetzung. Fehler Normen wie Dehnungsenergiedichte verwendet werden, um das Modell zu neu vernetzt, ein dichteres Netz in Regionen platzieren Verbesserung benötigen und eine gröbere Masche in Bereichen Overkill. Adaptivität erfordert eine assoziative Verknüpfung zwischen dem Modell und dem zugrunde liegenden CAD-Geometrie, und funktioniert am besten, wenn Randbedingungen direkt auf die Geometrie angewendet werden können, wie gut. Adaptive Neuvernetzung ist eine neue Demonstration der iterativen Charakter von h-Code-Analyse.

Die Optimierung ist ein weiterer Bereich, den letzten Aufstieg zu genießen. Basierend auf den Werten der verschiedenen Ergebnisse wird das Modell automatisch in einem Versuch geändert bestimmte Leistungskriterien zu erfüllen und wieder gelöst. Der Prozess wiederholt sich bis ein Konvergenzkriterium erfüllt ist. In seiner skalare Form modifiziert Optimierung Strahlquerschnittseigenschaften, dünne Schalendicken und / oder Materialeigenschaften in einem Versuch, maximale Spannung Zwänge, Einschränkungen maximale Auslenkung gerecht zu werden, und / oder Schwingungsfrequenz Einschränkungen. Formoptimierung ist komplexer, wobei die tatsächliche 3D-Modell Grenzen verändert werden. Dies wird am besten erreicht, indem die Antriebs Abmessungen wie Optimierungsparameter verwendet, aber Netzqualität bei jeder Iteration kann ein Problem sein.

Eine andere Richtung deutlich sichtbar in der Finite-Elemente-Bereich ist die Integration der FEA-Pakete mit sogenannten „Mechanismus“ Pakete, die Bewegung und Kräfte der hubraumstarken Systeme Mehrkörper analysieren. Ein langfristiges Ziel wäre es, Echtzeitberechnung und Anzeige von Verschiebungen und Spannungen in einem Mehrkörpersystem große Verschiebebewegung unterzogen, mit Reibungseffekte und Fluidstrom berücksichtigt, wenn notwendig. Es ist schwierig, den Anstieg zu schätzen in Rechenleistung notwendig, um diese Leistung zu vollbringen, aber 2 oder 3 Größenordnungen ist wahrscheinlich in der Nähe. Algorithmen, um diese Analysefelder integrieren kann die Rechenleistung steigt folgen zu erwarten.

Zusammenfassend ist die Finite-Elemente-Methode eine relativ neue Disziplin, die ein ausgereiftes Verfahren, insbesondere für strukturelle und thermische Analyse wurde schnell. Die Kosten für die Anwendung dieser Technologie auf alltägliche Konstruktionsaufgaben fallen wurden, während die Fähigkeiten durch das Verfahren ständig erweitern geliefert. Mit Ausbildung in der Technik und in der kommerziellen Softwarepakete mehr und mehr zur Verfügung zu werden, hat sich die Frage bewegt von „Warum FEA gelten?“ zu „Warum nicht?“. Die Methode ist durchaus in der Lage qualitativ höherwertige Produkte liefern in einer kürzeren Entwicklungszyklen mit reduzierter Chance Feld Falsch, sofern sie von einem kompetenten Analysten angewendet wird. Es ist auch ein gültiger Hinweis auf gründliche Konstruktionspraxis, sollte eine unerwartete Prozess auftauchen. Es ist jetzt für die Industrie eine stärkere Nutzung dieser und anderer Analysetechniken zu machen.

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