Руководство для начинающих по анализу методом конечных элементов (МКЭ)

Анализ конечных элементов, также известный как FEA, представляет собой виртуальное моделирование физического компонента с использованием математической техники, называемой методом конечных элементов (FEM). Корни FEA восходят к шестнадцатому веку, и первое настоящее использование FEA восходит к работе Шеллбака в 1851 году. В течение следующих ста лет FEA в основном использовался математиками и другими учеными. С развитием цифровых компьютеров реальные разработки FEA начали появляться в автомобильной, аэрокосмической и гражданской промышленности.

Теперь FEA может охватить больше пользователей, чем когда-либо. Современное программное обеспечение для анализа методом конечных элементов интуитивно понятно в использовании, доступно для всех электронных устройств, невероятно быстрое и мощное. Чтобы узнать больше о том, что такое FEA и как он работает, продолжайте читать.

Что такое анализ методом конечных элементов?

FEA — это процесс создания цифровой симуляции продукта, который скоро станет реальным. В то время как анализ конечных элементов когда-то требовал от вас положить карандаш на бумагу, в настоящее время FEA выполняется в виртуальной среде компьютерной программы. Компьютерное программное обеспечение FEA может виртуально моделировать сложные геометрические формы и компоненты, позволяя ученым и инженерам лучше прогнозировать, как эти продукты будут работать в реальной жизни.

В процессе проектирования и производства FEA может помочь вам понять физические свойства детали, такие как ее ударопрочность, тепловые элементы и переходная динамика, чтобы предсказать ее прочность, движение и другие характеристики. FEA также может предвидеть характеристики конкретного материала в определенных условиях, таких как прогиб, вибрация и другие факторы стресса. С помощью этих прогнозов FEA позволяет выявить потенциальные проблемы с производительностью и найти решения до создания компонента.

Существуют различные типы конечно-элементного анализа, в том числе:

• Теплотехнический анализ :определить, как колебания температуры повлияют на производительность деталей.
• Гидродинамические расчеты :понимать влияние плотности жидкости на структуру, что особенно важно в нефтегазовой отрасли.
• Инженерные сейсмические расчеты :прогнозировать работу деталей при различных вибрациях и частотах грунта.
• Модальный анализ :прогнозировать, как внешние вынужденные вибрации, такие как ветер или скорость движения, влияют на характеристики детали.
• Линейный статический анализ :применение линейных пропорций мелкомасштабной модели к полноразмерной структуре для прогнозирования сценариев.

Как работает анализ методом конечных элементов?

Конечно-элементный анализ — невероятно математический процесс, поэтому мы объясним его с точки зрения непрофессионала. Проще говоря, FEA разбивает сложную структуру на более мелкие и более управляемые части. Когда вы разделите структуру на более мелкие части, вы получите больше информации о том, как более крупная структура будет реагировать на факторы стресса.

Первым шагом процесса FEA является определение размещения узлов на конструкции, которые представляют собой отдельные точки на 2D- или 3D-визуализации вашего проекта. После выбора узлов или узловых точек соедините их, нарисовав линии между ними. Это создаст сетчатую структуру, которая формирует окончательную форму дизайна. Области, окруженные сеткой, содержат набор конечных элементов, отсюда и название «анализ конечных элементов».

Работая с небольшими участками, составляющими сетку вашей структуры, вы можете более точно определить, как вся структура будет вести себя в данных обстоятельствах. Обратите внимание, что чем плотнее структура сетки, тем точнее будут результаты, но сложность вычислений будет увеличиваться по мере добавления узловых точек.

Как анализ методом конечных элементов используется в производстве?

В производстве FEA используется для определения потенциальной реакции компонента на внешние и внутренние физические факторы стресса. Программное обеспечение для конечно-элементного анализа создано таким образом, чтобы учитывать геометрию детали, материал, окружающую среду и другие факторы при виртуальном тестировании моделирования методом конечных элементов. Это позволяет предсказать, как компонент будет работать в ожидаемых и непредвиденных условиях.

Поскольку FEA существует в виртуальном мире, он может значительно упростить процесс прототипирования. Вместо того, чтобы создавать прототип за прототипом, FEA позволяет вам легко тестировать компонент много раз и вносить изменения между итерациями. Это экономит ваше время, ресурсы, затраты и усилия при разработке компонента. Программное обеспечение FEA максимально реалистично, что позволяет этим мощным программам точно прогнозировать характеристики детали.

Быстрое виртуальное прототипирование при поддержке FEA особенно важно в аэрокосмической отрасли. Поскольку аэрокосмические компоненты должны выдерживать экстремальные нагрузки в открытом космосе, такие как давление воздуха, инерция, силы удара и сверхвысокая температура, очень важно, чтобы они соответствовали очень строгим производственным правилам. Используя FEA, вы можете точно предсказать, как компонент будет реагировать на эти экстремальные условия. FEA также может прогнозировать годы или даже десятилетия использования, что является полезным инструментом для аэрокосмических компонентов, которые могут находиться на орбите в течение многих лет.

На протяжении всего производственного процесса FEA позволяет экономить время и деньги, сокращать затраты энергии и материалов, а также получать мгновенную и точную информацию о том, как физическая нагрузка может повлиять на ваш компонент. В целом, FEA способствует более быстрому и менее интенсивному циклу проектирования с повышением производительности.

Конечно-элементный анализ с быстрым радиусом

Конечно-элементный анализ является специализированной областью. В Fast Radius есть специалисты, которые будут использовать МКЭ для оптимизации конструкции ваших деталей. Используя точный анализ методом конечных элементов, наша команда может помочь вам улучшить ваши детали и усовершенствовать производственные циклы. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать работу с FEA.

Чтобы узнать больше о способах максимизации ценности и оптимизации дизайна деталей, посетите центр ресурсов Fast Radius.

Готовы создавать детали с помощью Fast Radius?

Начать цитату