現(xiàn)如今，越來越多的工程師和研究人員利用有限元分析軟件，來建立一些計(jì)算模型來模擬實(shí)際狀況。有限元分析是利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)(幾何和載荷工況)進(jìn)行模擬。

這種求解思想很早就已經(jīng)出現(xiàn)，比如說：割圓法求圓周率，通過不斷增加正多邊形的邊數(shù)，使正多邊形的面積更像加接近圓的面積，使用的邊數(shù)越多，繪制的圖形與真實(shí)圓的差距就越小。

一：什么是有限單元？

各種有限分析軟件的分析流程基本一致，以SOLIDWORKS的Simulation為實(shí)例來說，我們?cè)谲浖袨槟Ｐ头峙洳牧蠈傩?，定義載荷和約束，再使用數(shù)值近似方法，將模型離散化以便分析。

在有限元分析軟件中，離散化過程就是網(wǎng)格劃分的過程，即將幾何體剖分成相對(duì)小且形狀簡(jiǎn)單的實(shí)體，這些實(shí)體被稱為有限單元。

下面就是一個(gè)虎鉗的網(wǎng)格劃分。

二：網(wǎng)格分類

在SOLIDWORKS Simulation中我們將網(wǎng)格分為三種：實(shí)體四面體網(wǎng)格，殼單元三角形網(wǎng)格，橫梁?jiǎn)卧?/span>。合理的利用不同的網(wǎng)格能幫助我們大大減小計(jì)算量，加快運(yùn)算速率。那么如何判斷使用哪種網(wǎng)格?使用不同的網(wǎng)格有什么影響呢?下面就帶大家了解一下：

如下圖，我們創(chuàng)建一個(gè)5X30X100的零件，分別用實(shí)體單元和梁?jiǎn)卧?、殼單元?duì)它進(jìn)行分析，查看劃分網(wǎng)格數(shù)(均采用默認(rèn)的網(wǎng)格設(shè)置)，求解時(shí)間和計(jì)算結(jié)果的差別。

這里我們?yōu)榻Y(jié)構(gòu)一側(cè)添加固定約束，為另一側(cè)添加50N，豎直向下的力做為本次分析的邊界條件。首先使用默認(rèn)的設(shè)置采用不同單元對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分：

可以看到采用實(shí)體單元?jiǎng)澐值淖杂啥葦?shù)是采用殼單元?jiǎng)澐值?倍多，是梁?jiǎn)卧?4。接下來查看不同單元分析得到的結(jié)果的區(qū)別

三：實(shí)例總結(jié)

可以看到應(yīng)力結(jié)果誤差在2%左右，位移結(jié)果誤差也在2%左右，誤差都不大，在可以接受的范圍內(nèi)。借助以上這個(gè)實(shí)例，可以看到在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，我們可以使用梁?jiǎn)卧驓卧獊磉M(jìn)行分析，這樣能減少總體網(wǎng)格數(shù)量，減輕計(jì)算機(jī)負(fù)擔(dān)，加快運(yùn)算速度。

一般來說，當(dāng)我們要處理的模型符合以下情況時(shí)，我們可以對(duì)它進(jìn)行對(duì)應(yīng)的處理當(dāng)模型的一個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)小于其他方向，且沿厚度方向的應(yīng)力可以忽略，使用殼單元例如鈑金件，曲面實(shí)體;

分析的結(jié)構(gòu)或者結(jié)構(gòu)的某一部分具有相等或相似的截面，并且一個(gè)方向的尺寸遠(yuǎn)大于另外兩個(gè)方向，采用梁?jiǎn)卧?，比如說支架，鋼架結(jié)構(gòu);

對(duì)于一個(gè)大型的結(jié)構(gòu)，合理的對(duì)不同部分使用不同的網(wǎng)格單元進(jìn)行分析，可以大大減少網(wǎng)格數(shù)量，降低計(jì)算量，減少計(jì)算時(shí)間。

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