1. Home

Analýza konečných prvků

Analýza konečných prvků (FEA) je virtuální modelování a simulace výrobků a sestav z hlediska konstrukčních, akustických, elektromagnetických nebo tepelných vlastností. FEA je praktické využití metody konečných prvků (FEM).

Co je analýza konečných prvků?

Analýza konečných prvků je modelování výrobků a systémů ve virtuálním prostředí za účelem nalezení a řešení potenciálních (nebo stávajících) problémů s výkonem výrobků. FEA je praktické využití FEM, které používají inženýři a vědci k matematickému modelování a numerickému řešení složitých strukturálních, akustických, elektromagnetických, tepelných, tekutých a multifyzikálních problémů. Software FEA lze využívat v celé řadě průmyslových odvětví, ale nejčastěji se používá v leteckém, automobilovém, elektronickém, námořním a spotřebním průmyslu.

Model konečných prvků (FE) se skládá ze systému bodů nazývaných „uzly“, které tvoří tvar návrhu. K těmto uzlům jsou připojeny konečné prvky, které tvoří síť konečných prvků a obsahují materiálové a konstrukční vlastnosti modelu, které definují, jak bude model reagovat na určité podmínky. Hustota sítě konečných prvků se může lišit v rámci materiálu podle očekávané změny úrovně napětí v určité oblasti. Oblasti, kde dochází k velkým změnám napětí, obvykle vyžadují vyšší hustotu sítě než ty, kde dochází k malým nebo žádným změnám napětí. Mezi body zájmu mohou patřit body lomu dříve testovaného materiálu, zaoblení, rohy, složité detaily a oblasti s vysokým napětím.

Související produkty: Simcenter 3D | Simcenter Nastran | Simcenter Femap | Simcenter MAGNET | Simcenter E-machine Design | Simcenter FLOEFD pro NX

Analýza konečných prvků pro strukturální dynamiku převodovky pro vizuály hnacího ústrojí elektromobilu ze softwaru Simcenter 3D.
Vizuál softwaru Simcenter Nastran, předního řešitele metody konečných prvků (FEM).

Využijte FEA ke zlepšení výkonnosti svého výrobku

Podívejte se, jak ostatní používají FEA k zavádění inovací pomocí řešení Simcenter.

Podrobnosti o výhodách

FEA je dobře zavedená metodologie, která se často používá k nahrazení nebo doplnění experimentálních a analytických metod na podporu inženýrského návrhu a analýzy výrobků denní potřeby. V porovnání s tvorbou prototypů a experimenty nabízejí simulace založené na FEA následující výhody.

Zvýšení výkonu

Analýza konečných prvků umožňuje rychle analyzovat a prozkoumat možnosti inženýringu pro zvýšení výkonnosti výrobku.

Úspora času

Analýza konečných prvků vám pomůže uvést optimalizované návrhy výrobků na trh rychleji než metody sestavení a testování.

Snížení nákladů

Využitím analýzy konečných prvků můžete výrazně snížit náklady na vývoj výrobku v porovnání s tradičními procesy testování založenými na fyzických prototypech.

Kroky v procesu simulace FEA

Bez ohledu na použitý software se většina simulací FEA řídí těmito obecnými kroky.

Vizuál 3D modelu rámu auta s tepelným mapováním ze softwaru Simcenter 3D.

Předběžné zpracování

Fáze předběžného zpracování zahrnuje úpravu geometrie a její přípravu pro simulaci. V procesu označovaném jako síťování nástroj pro předběžné zpracování převede geometrii návrhu na malé konečné prvky a poté použije vlastnosti materiálu, zatížení, omezení a parametry simulace.

Simulační software CFD začne iterativně řešit diskretizované rovnice pomocí řešiče CFD.

Řešení

Simulační software FEA začne iterativně řešit diskretizované rovnice pomocí řešiče. Tento krok může vyžadovat značný čas nebo výpočetní prostředky. U komplexních simulací se stále více podniků obrací ke cloud computingu jako k nákladově efektivnímu řešení tohoto problému.

Vizuál lineární analýzy mechanické konstrukce ze softwaru Simcenter 3D.

Následné zpracování

Po dokončení řešení je dalším krokem kvalitativní a kvantitativní analýza a vizualizace výsledků simulace pomocí zpráv, monitorů, grafů, 2D/3D obrázků a animací. V této fázi je také zahrnuto ověření a validace výsledků.

Typy analýz FEA

1D analýza (nosníkové modely)
1D analýza označuje použití modelů vytvořených výhradně jednorozměrnými prvky obsahujícími pouze dva uzly, například nosníkové prvky. 1D analýza může být užitečná pro analýzy v rané fázi struktur, které jsou obvykle složité na modelování, jako je karoserie automobilu nebo drak letadla. 1D model nosníku může inženýrům pomoci rychle posoudit dynamiku karoserie předtím, než je celá geometrie připravena k hlubší analýze.

2D analýza (skořepinové modely)
Inženýři vytvářejí síť geometrie pomocí dvourozměrných prvků, například čtyřúhelníkových nebo trojúhelníkových prvků pro tenkostěnná tělesa, jako jsou díly vyrobené z plechu. Vlastnosti prvku pak definují tloušťku skořepinového prvku, kterou řešitel použije k výpočtu napětí, deformací a dalších výsledků. Preprocesory FEA mají rychlé algoritmy síťování, které konstruktérům pomáhají vytvářet sítě skořepin na geometrii.

3D analýza (modely těles)
U pevných, robustních geometrií, jako je blok motoru, používají konstruktéři k reprezentaci geometrie trojrozměrné prvky tělesa. V celém tělese jsou vytvořeny prvky tetra, pyramida a hex. Preprocesory FEA mají nástroje, které konstruktéři potřebují k vytváření modelů s pevnou sítí.

Multifyzikální FEA
Moderní FEA je více než jen individuální simulace jedné fyzikální oblasti. V současné době se FEA stala mnohem více víceoborovou, protože umožňuje inženýrům spojit dohromady různé fyzikální jevy, jako jsou interakce tekutina-konstrukce, tepelně-mechanická simulace, dynamika více těles s konstrukčními pružnými tělesy na bázi FE, elektromechanicko-tepelné simulace a další. Multifyzikální simulace mají zásadní význam u stále složitějších výrobků, které k dosažení maximálního výkonu vyžadují ucelené víceoborové inženýrství.

Vyzkoušejte software FEA bezplatně

Vizualizace řešení Simcenter 3D představující simulační model návrhu traktoru.

Zkušební verze řešení Simcenter 3D

  • Rychle transformujte geometrii CAD na použitelnou geometrii pro simulace
  • Efektivně síťujte a řešte své modely pro potřeby strukturální analýzy a získejte přehled o výkonnosti návrhu
  • Rychle aktualizuje simulační model pomocí softwaru Simcenter 3D podle změn v návrhu, abyste každých pár sekund modli provádět další simulace

Nejčastější dotazy

Další informace

Ke zhlédnutí

Webinář na vyžádání | Opakované použití starších dat konečných prvků k vytváření modelů na úrovni systému

Webinář na vyžádání | Zefektivnění návrhu lodí pomocí simulací a správy dat

K poslechu

Podcast | Pokročilý návrh a simulace elektromotorů s Adrianem Perregauxem

Podcast | Spustitelná digitální dvojčata: Chytré hodinky pro stroje

K přečtení

Blogy | Objevte všechny blogy Simcenter FEA

Mechanická simulace | Předpovídání mechanických vlastností v různých oborech pomocí CAE