CAD中的FEA（有限元分析）是什么？
在这篇文章中：
- 什么是 FEA（有限元分析）
- 有限元分析与仿真软件原理
- 有限元分析的一般过程
- 有限元法的类型
- CAD 中的有限元分析应用程序
- FEA 软件为何有用
- 底线
工程师的地位令人羡慕，他们要对他们设计的所有产品和结构的完整性和安全性负全部责任。设计上的小错误通常会导致迫在眉睫的灾难（经常上法庭并被起诉）。
这就是产品和结构在部署到现实世界之前要经过一系列压力测试和优化的原因。但是这样做超过数百次迭代（并按比例计算）可能会非常昂贵。因此，工程师经常寻求模拟建模技术（如有限元分析）来自动化和简化此测试。
这有助于减少迭代原型的材料使用，否则这些材料将用于实现。
有限元分析是工程师和 CAD 设计师用来模拟设计“应力”的最常用技术之一。
什么是 FEA（有限元分析）？
有限元分析 (FEA) 是一种数值技术，用于通过一系列基于物理的计算来解决工程问题。
例如，设计桥梁的工程师需要预测结构在负载下的行为。描述结构应力分布的方程组可能是已知的，但对于桥梁这样的复杂结构来说，不容易（或直接）求解。
因此，系统必须分解成小元素（“有限元素”），其计算可以很容易地进行和求解。
有限元可以是一维、二维或三维。
有限元分析与仿真软件原理
有限元法一般用于有限元法计算工程中边界问题（场问题）的近似解。
“场”通常表示作为主域的物理结构。
“场变量”是由微分方程控制的感兴趣的变量。它们必须为变量（或相关变量）的特定值实现边界条件
“节点”是有限元上的一个特定点，它包含场变量的值——通常是显式计算的。然后这些值通过使用形状函数在节点处插值来计算非节点处的值。
有限元分析中的一般过程
1。制造前处理
此阶段需要您定义域问题、材料属性、几何属性、网格模型、边界条件和元素类型。通常在这个阶段，工程师会尽可能简化问题以获得快速而准确的结果。
例如，在模拟之前，CAD 模型可能有许多圆角、孔洞或其他对模拟来说不是必需的特征——但这些特征会占用计算资源并增加渲染时间。工程师通常会删除这些功能以加快仿真速度。
这可以手动完成（设计人员进入并逐一删除这些功能） - 或使用 Spatial 软件上的 CAD 特征化自动完成。自动化这一过程的一大优势是减少人为错误。
Spatial 的 3D InterOp 和 Modeler 解决方案可实现特征识别和轻松去除特征
2。解决方案
在这里，对字段变量的未知值进行计算。您可以使用这些值来计算衍生变量，例如应力和反作用力。
3。后处理
排序、绘图和打印是最后一组活动，您选择的结果将作为有限元分析的解决方案实施。
有限元法的种类
某些领域（如流体力学）的 FEA 建模存在缺陷，因此需要对求解过程进行一些改进，同时增强有限元分析应用的多样性。
一些常见的类型包括；
- 扩展有限法 (XFEM)
损伤断裂或失效等问题不能直接用有限元法处理。
XFEM（使用 Galerkin 方法和 Heaviside 阶跃函数）可以扩展形状函数。每个节点都在不连续点处被赋予额外的自由度以供考虑。
- 广义有限元法
在这种类型中，形状函数乘以统一分区，同时由全局坐标定义。这可以防止重新划分网格，同时您可以形成局部元素函数。
CAD 中的有限元分析应用程序
FEA 是 CAD 设计中最强大和最常用的功能之一。
它是 CAD 不可或缺的一部分，用于通过使用包括小矩形和三角形的有限元来分析对象。为了分析整个对象，分析整个对象网络中的每个有限元，并将结果组合起来以绘制复杂对象的整体行为。每个元素都可以针对某些属性阈值进行分析，例如应力-应变、动力学、热属性——或任何其他特征（取决于它的应用位置）。
在 CAD 工作流程中，您可以在设计中根据需要定义每个元素和网络结构。
FEA 软件为何有用
FEA 允许工程师对设计的模型进行仿真，而不必为了测试目的而创建物理模型。
FEA 提供了更多优势。
分析期间的 FEM 允许对多种材料类型进行建模，并能够监控受限效应如何影响复杂几何形状中的小范围设计。
工程师可以使用专门用于有限元建模的软件来完成各种任务。
流体动力学、碰撞引起的车辆变形和人体骨骼上的应力是工程师对有限元建模软件的一些实际应用。
底线
FEA 是预测性的，但不是肯定性的。
它不能确定设计是否能够确定地承受模拟应力。它仅让工程师了解设计如何应对施加的应力，同时降低物理测试成本。
对于整体 FEA 体验，有许多具有此功能的 CAD 软件可以帮助您在任何工程领域设计出更好、更准确的结构。
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