有限元分析系统的发展现状与展望（外文翻译） ㊣ 精品文档 值得下载

，，，，有限元分析系统的发展现状与展望随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造更为快速的交通工具更大规模的建筑物更大跨度的桥梁更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。

这切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能，需要对结构的静动力强度以及温度场流场电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。

例如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故分析计算核反应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理分析新只叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率。

这些都可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式往往是不可能的。

近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析，方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。

我国在九五计划期间大力推广技术，机械行业大中型企业的普及率从八五末的提高到目前的。

随着企业应用的普及，工程技术人员已逐步甩掉图板，而将主要精力投身如何优化设计，提高工程和产品质量，计算机辅助工程分析，方法和软件将成为关键的技术要素。

在工程实践中，有限元分析软件与系统的集成应使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面增加设计功能，减少设计成本缩短设计和分析的循环周期增加产品和工程的可靠性采用优化设计，降低材料的消耗或成本在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题模拟各种试验方案，减少试验时间和经费进行机械事故分析，查找事故原因。

在大力推广技术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开有限元分析计算，在工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。

下图是美国旧金山海湾大桥地震响应计算的有限元分析模型。

发展方向及重大进展国际上早世纪在年代末年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。

其中最为著名的是由美国国家宇航局州汽轮机厂的和沈阳鼓风机厂的安装有上述程序，所以用户算题非常不方便，而且费用昂贵。

机的出现及其性能奇迹般的提高，为移植和发展版本的有限元程序提供了必要的运行平台。

可以说国内软件的发展直是围绕着平台做文章。

在国内开发比较成功并拥有较多用户家以上的有限元分析系统有大连理工大学工程力学系的北京大学力学与科学工程系的中国农机科学研究院的和杭州自动化技术研究院的等。

但正如上面所述，国外很多著名的有限元分析公司已经从前些年对平台不屑顾转变为热衷发展，对国内程序开发者来说发展版本不再具有优势，而应该从下面几方面加以努力研究开发求解非固体力学和交叉学科的程序经过几十年的研究和发展，用于求解固体力学的有限元方法和软件已经比较成熟，现在研究的前沿问题是流体动力学可压缩和不可压缩流体的流动等非固体力学和交叉学科的问题。

由于国内没有类似功能的商品化软件，所以国外的软件就卖得非常贵。

为了破这种垄断局面，我们必须发展有自主版权用于分析流体等非固体力学和交叉学科的软件。

因为流体力学问题远比固体复杂得多，而且很少有现成的软件可以借鉴，所以需要投入大量的人力和经费。

这就必须有国家和大型企业集团来支持。

开发具有中国特色的自动建模技术和开发建模技术和的投入比前述课题要少得多，但却可以大大提高软件的性能和用户接受程度，从而起到事半功倍的效果。

国内不少人在这方面做了很多工作，但是由于当时机上的图形支撑环境有限，所以开发的效果都不甚理想。

中提供了图形标准，为在机上应用可视化图形技术开发提供了强有力的工具。

是当今国际上公认的高性能图形和交互式视景处理标准，应用它开发出来的三维图形软件深受专业技术人员的钟爱，目前世界上占主导地位的计算机公司都采用了这标准。

正如前面所述，近年来国外有的程序已抛开仿真软件，直接在平台上开发有限元程序。

杭州自动化技术研究院年采用图形标准和相应的等编程工具，在机上成功地开发了套可视化有限元程序包。

它能直观地通过对菜单窗口对话框和图标等可视图形画面和符号的操作，自动建立有限元分析模型，并以交互方法式实现计算结果的可视化处理，因而可大大提高有限昂分析的效率和精确性，也便于用户学习和掌握。

与具有我国自主版权的软件集成前面已经讲过，当今有限元方法的个重要特点是和软件的无缝集成。

作为我国自行开发的程序，首先要考虑和我国自主版权的软件集成。

因为有限元分析主要用于形状比较复杂的零部件，所以要和具有三维造型功能和软件集成，使设计和分析紧密结合融为体。

采用有限元分析软件。

，对联轴器的受力情况作了静态的受力分析。

通过分析和计算，得出联轴器的应力和应变的分布情况，为联轴器的结构设计提供了理论依据，同时也展示了有限元分析应用于工程设计应力计算的方法，有定的工程实用价值。

具有对中榫的联轴器，靠个半联轴器上的凸肩与另个半联轴器的上的凹槽相配合而对中。

联轴器所连接的两个轴，由于制造及安装误差承载后的变形以及温度的变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着种程度的相对位移，这就要求设计联轴器的时候，要从结构上采取各种不同的措施，来减少它的变形使之具有适用定范围的相对位移的性能。

本文从有限元分析的发展历史到有限元分析的使用范围从有限元分析软件界面的介绍到有限元分析软件使用方法都作了详细的介绍。

在本文中还对联轴器作了介绍，对其的受力和应变进行了分析，同过对联轴器的变形分析来找出联轴器的簿弱部分，从而有助于联轴器的增强。

关键词凸缘联轴器有限元应力应变在年委托美国计算科学公司和贝尔航空系统公司开发的有限元分析系统。

该系统发展至今已有几十个版本，是目前世界上规模最大功能最强的有限元分析系统。

从那时到现在，世界各地的研究机构和大学也发展了批规模较小但使用灵活价格较低的专用或通用有限元分析软件，主要有德国的英国的法国的美国的和等公司的产品。

当今国际上方法和软件发展呈现出以下些趋势特征从单纯的结构力学计算发展到求解许多物理场问题有限元分析方法最早是从结构化矩阵分析发展而来，逐步推广到板壳和实体等连续体固体力学分析，实践证明这是种非常有效的数值分析方法。

而且从理论上也已经证明，只要用于离散求解对象的单元足够小，所得的解就可足够逼近于精确值。

所以近年来有限元方法已发展到流体力学温度场电传导磁场渗流和声场等问题的求解计算，最近又发展到求几个交叉学科的问题。

例如当气流流过个很高的铁塔产生变形，而塔的变形又反过来影响到气流的流动这就需要用固体力学和流体动力学的有限元分析结果交叉迭代求解，即所谓流固耦合的问题。

由求解线性工程问题进展到分析非线性问题随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求。

例如建筑行业中的高层建筑和大跨度悬索桥的出现，就要求考虑结构的大位移和大应变等几何非线性问题航天和动力工程的高温部件存在热变形和热应力，也要考虑材料的非线性问题诸如塑料橡胶和复合材料等各种新材料的出现，仅靠线性计算理论就不足以解决遇到的问题，只有采用非线性有限元算法才能解决。

众所周知，非线性的数值计算是很复杂的，它涉及到很多专门的数学问题和运算技巧，很难为般工程技术人员所掌握。

为此近年来国外些公司花费了大量的人力和投资开发诸如和等专长于求解非线性问题的有限元分析软件，并广泛应用于工程实践。

这些软件的共同特点是具有高效的非线性求解器以及丰富和实用