10. АНАЛИЗ ПРОЕКТА

Анализ FEA используется для оптимизации проекта, обеспечения гарантий безопасности, уменьшения времени создания проекта, веса детали, затрат на производство и испытания.

Проектировщики могут использовать анализ FEA чтобы

- Доказывать безопасность проекта;
- Выполнять требования стандарта;
- Модифицировать существующий проект;
- Проверять новые и конкурирующие проекты;
- Рассматривать явления в проекте, которые не могут быть измерены экспериментальными методами вообще.

Сейчас конечно-элементные пакеты были объединены с системами автоматизированного проектирования и объемного твердотельного моделирования (CAD). CAD используют программы моделирования геометрических или сплошных твердотельных моделей для создания и модификации проекта. Структура может быть нарисована в виде сплошной твердой модели одним из многих доступных CAD пакетов. Проволочная рама - геометрическое представление 3D модели в виде контура его внешних ребер. Модель импортируется в FE пакет, где разделяется сеткой и прикладываются граничные условия. Результатами FE решения являются напряжения, перемещения, температуры и другие параметры. Результаты помогают принимать решения относительно изменений в проекте структуры, нагрузках или режимах эксплуатации. CAD и FEA теперь объединены. В FEA анализе не просто импортируется файл CAD и проверяются результаты. Значительную осторожность и навык необходимо применить, чтобы убедиться, что результаты соответствуют действительности, и все опасные сценарии были приняты во внимание.

При импорте модели из системы автоматизированного проектирования (CAD) предполагается некоторое упрощение модели. Галтели в зоне максимальной концентрации напряжений подвергаются более детальному анализу.

Галтели не всегда моделируются детально. Если расчетное максимальное напряжение достаточно большое, чтобы гарантировать безопасность новой детали, то проектируются новые галтели, которые уменьшают концентрацию напряжений.

FEA анализ также используется для вычисления номинальные напряжения в различных зонах структур. FEA может быть полезен для сравнения старых и новых проектов с подобными производственными технологиями. Если номинальные напряжения в модели нового проекта меньше, чем для старого, то можно сделать заключение: новый проект по крайней мере так же безопасен как старый.

Существует приблизительно 100 типов стандартных конечных элементов в коммерческих FE пакетах. Автоматические процедуры наложения сетки делят подобласти на стандартные элементы. Не существуют плоские элементы с 5 или 11 узлами. Число узлов в конечных элементах не может быть выбрано произвольно.

FEA анализ позволяет решить следующие задачи: Анализ напряжений. Рассчитать напряжения, деформации, перемещения при статической нагрузке. Установившийся или неустановившийся тепловой перенос. Прогнозирование распределения температур для объекта, подвергнутого нагреву, радиации, конвекции и прохождению электротока. Анализ термических напряжений. Напряжения, деформации из-за теплового расширения. Неустановившийся динамический режим. Изучаются объекты в быстром движении или при ударной нагрузке для получения максимальных напряжений и перемещений. Динамический возрастающий нелинейный анализ предполагает не одну, а несколько стадий решения для нелинейной системы. Время решения задачи достаточно большое, по сравнению со статической задачей анализа. Модальный анализ. Рассчитываются вибрационные характеристики (собственные частоты и формы колебаний). Поток течения. Моделируется поток течения в газах, воздухе, воде для определения температуры, давления, скорости и т.д. Линейная устойчивость. Вычисляется нагрузка, при которой структура будет терять работоспособность из-за потери устойчивости при упругих деформациях. Нелинейный анализ. Анализ нелинейного (пластического) поведения материала и больших перемещений.

Нелинейная задача решается постепенным приращением прикладываемой нагрузки F. На каждом шаге постоянная материала (эффективный модуль упругости) изменяется в зависимости от уровня интенсивности напряжения в конечном элементе на предыдущем шаге и поведении материала (диаграмма «напряжение-деформация»). При каждом шаге нагрузки компоненты матрицы жесткости изменяются согласно достигнутому уровню напряжения. Лучше избегать, чтобы диагональные компоненты матрицы жесткости были бесконечно большими или отрицательными. Это может приводить к числовым "колебаниям" и ошибкам в анализе.