Was ist der Zweck des Ziels der Finite-Elemente-Analyse?

Mithilfe der Finite-Elemente-Analyse (oft als FEA abgekürzt) kann der Benutzer das Verhalten mechanischer Strukturen virtuell testen und vorhersagen und komplexe technische Probleme lösen. Ausgehend von der Finite-Elemente-Methode (FEM) ist FEA eine mathematische Technik, mit der nahezu jedes physikalische Phänomen simuliert werden kann.

Ein numerischer Ansatz war schon immer die kostengünstigere Alternative, um die transpirierende Aktivität besser wahrzunehmen. Oftmals wird FEA verwendet, um geeignete Modifikationen beim Entwurf von Systemen vorzuschlagen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, Sie müssen einen Helm für einen Radfahrer entwerfen. Betrachten wir der Einfachheit halber die folgenden Faktoren in der Reihenfolge ihrer Priorität:

  1. Sicherheit
  2. Gewicht
  3. Kosten

Dies wirft uns mit den verwirrenden Rätseln auf:

Wie soll der Helm modelliert werden, damit Verletzungen vermieden (oder zumindest gemildert) werden?

Welches Material sollte verwendet werden, um die Festigkeit bei geringem Gewicht zu gewährleisten?

Wie dick sollte der Helm sein, damit er sicher aber nicht zu teuer oder schwer ist?

Im Wesentlichen sind dies nur einige Probleme, bei deren Lösung die FEA hilft. Mit FEA können wir die Auswirkungen auf Helm und Schädel untersuchen . Durch die Analyse der verschiedenen Bereiche der Beanspruchung und Verformung können wir eine fundierte Entscheidung über das Design des Helms sowie das zu verwendende Material treffen.

Um sich mit FEA vertraut zu machen, bieten die folgenden Links einen guten Ausgangspunkt:

Finite-Elemente-Analyse in der Cloud

FEA Master Class (scrollen Sie nach unten und schauen Sie sich die Aufnahmen an, sie sind kostenlos)

Festigkeitsanalyse von Schwermaschinen

Kurz gesagt, es ist eine numerische Methode, um ungefähre Lösungen für ODEs und PDEs zu finden.

FEM könnte für viele Bereiche wie Strukturmechanik, Strömungsmechanik, Elektromagnetik, Wärmeübertragung usw. angewendet werden.

Für jedes System tendieren wir dazu, mit den objektiven Gesetzen (Masse, Impuls und Energieeinsparung) zu beginnen und die maßgeblichen Gleichungen dieses Systems abzuleiten, die ein Grenzwertproblem / Anfangswertproblem wären. Um dieses Problem zu lösen, verwenden wir FEM als eine der Methoden.

Lassen Sie mich ein einfaches Beispiel geben. Es gibt so viele Teile in einem Flugzeug, lassen Sie uns die Kraftstoffpumpe betrachten. Die Pumpe hätte eine bestimmte Geometrie und muss dem Druck der Flüssigkeit standhalten. Sie können ein beliebiges kommerzielles Software-Tool (ansys, Abaqus) verwenden und dieses System modellieren (Geometrie, Lasten und Randbedingungen). Nach dem Lösen können Sie möglicherweise sagen, welche Region in Bezug auf bestimmte Mengen, die aus FE-Ergebnissen abgeleitet werden, störungsanfälliger ist.

Im Wesentlichen wird FEM verwendet, um Lösungen partieller Differentialgleichungen anzunähern. Fangen wir von vorne an und verwenden “Laien” -Terminologien.

1. Wir beginnen mit einem realen Problem und versuchen es mit partiellen Differentialgleichungen zu beschreiben.

2. Probleme der realen Welt führen zu komplexen PDEs, die möglicherweise keine exakte Lösung haben.

3. Wir zerlegen das Problem in kleinere Elemente (Diskretisierung) und wenden die pdes auf diese kleineren endlichen Domänen an.

4. Diese Gleichungen werden in Matrixform formuliert, gesammelt und unter Verwendung von Randbedingungen auf unbekannte Werte aufgelöst.

5. Diese unbekannten Werte werden dann weiter verwendet, um andere Größen anzunähern.

Die Finite-Elemente-Analyse (FEA) ist eine allgemeine Technik zur Diskretisierung komplexer partieller Differentialgleichungen, um deren Approximation durch einen Satz von Matrixgleichungen zu ermöglichen.

Die ursprünglich für die Strukturanalyse (und thermische Analyse) entwickelte FEA kann für jede komplexe partielle Differentialgleichung verwendet werden, die ein Phänomen über einen gegebenen Raum beschreibt.

Sein Zweck ist die numerische Simulation eines elektromagnetischen Feldes in Hohlräumen, hat jedoch zahlreiche Anwendungen in der technischen Simulation und im Rechnen.