有限元素分析 (FEA) 是對產品和組件的結構、聲學、電磁或熱性能進行虛擬建模和模擬。FEA 是有限元素法 (FEM) 的實際應用。
有限元素分析是在虛擬環境中對產品和系統進行建模，以發現並解決潛在（或現有）的產品效能問題。FEA 是 FEM 的實際應用，工程師和科學家使用 FEM 對複雜的結構、聲學、電磁、熱、流體和多物理場問題進行數學建模和數值求解。FEA 軟體可用於多種行業，但最常用於航空、汽車、電子、工業機械、船舶和消費品行業。
有限元素 (FE) 模型包含稱為「節點」的點系統，它們形成設計的形狀。連接到這些節點的是有限元素，它們形成有限元素網格並包含模型的材料和結構屬性，定義模型對某些條件的反應。有限元素網格的密度在整個材料中可能會有所不同，具體取決於特定區域的應力水平的預期變化。經歷較大應力變化的區域通常比那些經歷很少或沒有應力變化的區域需要更高的網格密度。感興趣的點可能包括先前測試的材料的斷裂點、圓角、角落、複雜細節和高應力區域。
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FEA 是一種行之有效的方法，通常用於替代或補充實驗和分析方法，以幫助日常產品的工程設計和分析。與原型設計和實驗相比，基於 FEA 的模擬具有以下優勢。
有限元素分析使您能夠快速分析和探索提高產品性能的工程可能性。
有限元素分析可幫助您比建置和測試方法更快地將優化的產品設計推向市場。
與傳統的基於實體原型的測試流程相比，透過利用有限元素分析，您可以顯著降低產品開發成本。
無論使用什麼軟體，大多數 FEA 模擬都遵循這些通用步驟。
預處理階段包括編輯幾何圖形並為模擬做好準備。在稱為網格劃分的過程中，預處理工具在應用材料屬性、載荷、約束和模擬參數之前將設計幾何形狀轉換為小型有限元素。
FEA 模擬軟體開始使用解算器迭代求解離散方程式。此步驟可能需要大量時間或計算資源。對於複雜的模擬，越來越多的企業開始轉向雲端運算作為解決該問題的經濟高效的解決方案。
求解完成後，下一步是使用報告、監視器、繪圖、2D/3D 圖像和動畫定性和定量地分析和視覺化模擬結果。結果的驗證和確認也包括在這個階段。
一維分析（梁模型）
一維分析是指應用僅由兩個節點組成的一維單元（例如梁單元）所建立的模型。一維分析可以很好地研究通常建模複雜的結構的早期分析，例如車身或機身。一維梁模型可以幫助工程師在完整的幾何結構準備好進行更深層的分析之前快速評估車身動力學。
2D 分析（殼模型）
工程師使用二維元素對幾何體進行網格劃分，例如薄壁體（例如鈑金製成的零件）的四邊形或三角形元素。然後，單元屬性定義解算器將用於計算應力、應變和其他結果的殼單元的厚度。FEA 預處理器具有快速網格劃分演算法，可協助工程師在幾何體上建立殼網格。
3D 分析（實體模型）
對於實體、塊狀幾何體（例如引擎缸體），工程師使用實體 3 維元素來表示幾何體。在整個實體中建立四角形、金字塔形和六角形元素。FEA 預處理器擁有工程師創建實體網格模型所需的工具。
多物理場有限元素分析
現代有限元素分析不僅僅是單獨模擬單一物理域。如今，FEA 已變得更加多學科，使工程師能夠將不同的物理場耦合在一起，例如流體-結構相互作用 (FSI)、熱-機械模擬、具有基於結構有限元素的柔性體的多體動力學、機電-熱等。對於需要整體跨領域工程以實現最佳性能的日益複雜的產品來說，多物理場模擬至關重要。
幾十年來，有限元素分析 (FEA) 已成功應用於產品工程。同時，高保真建模方法和更實用的建模方法不斷開發，使您能夠更快地獲得足夠準確的結果。
如今，工程師可以而且必須選擇最適合其需求的精度級別，以最少的計算量回答工程問題。準確度範圍從能夠將真實行為預測在百分之幾甚至更低的高保真建模技術到能夠實現快速趨勢預測的快速方法。
如今，FEA 模擬工具的認證和驗證流程已十分完善。它們仍將是有限元素分析的進步、其對數位孿生的可靠性和信任以及其在新領域的建立的關鍵因素。雖然預測模擬將持續減少對昂貴的測量和原型設計的需求，但它將繼續需要嚴格的有限元素方法和實驗驗證的最佳實踐。
學習 FEA 需要時間、奉獻、徹底的學習和實踐。了解您所在領域的基礎物理、掌握數值方法及其局限性並練習實際 FEA 軟體工具的實際使用至關重要。由於現代 FEA 軟體中的自動化、運算能力的增強以及使用者介面的不斷改進，所有使用者層級的高保真 FEA 障礙將進一步減少 - 將範圍轉移到探索結果和做出基於模擬的決策。了解正在發生的基本物理動力學以判斷結果並根據 FEA 結果做出有意義的工程決策也至關重要。
有限元素法與有限元素分析的涵義相同。主要差異在於 FEM 更具體地指的是數學方法。但許多人交替使用術語 FEM 和 FEA。
有時，工程師使用的 FEM 也用於指稱有限元素模型，這主要是指網格（1D、2D 或 3D）模型，其中還可以包括負載和限制。
