這10個CAD建模技巧，幫你高效優化有限元分析流程！

最新 06-14

有限元分析是設計過程中的關鍵步驟。事實上，工業界現在通常需要設計部門的計算分析表來支持最終的虛擬產品。此外，FEA是提升機械性能、計算生命周期、並在許多方面改進機制的重要工具。談到它的重要性，不言而喻。

在這篇文章中，我們將集中討論如何通過改進CAD使有限元分析變得更容易更快。雖然有限元分析可以很好地處理你拋出的任何形狀，但如果CAD模型複雜，它仍然會計算假警報和/或需要大量的時間和嘗試。

因此，下面是10個提示，幫助您使CAD模型更加適合有限元分析：

1 對稱有益

使零件對稱或儘可能地映射其特徵。這將使FE模型重現得容易得多。此外，對稱性給出了慣性的最佳平衡，這對於機械系統來說總是很好的。

2 旋轉對稱也有幫助！

圖對稱圖形

有一個原因，為什麼在航空和軍事應用中的關鍵部分往往是軸對稱的。除了支持這種形狀的空氣動力學計算，創建它們並將它們設置為負載情況的複雜性，設計者也會在FE模型創建中尋找快捷的方式。我們不是在談論容易被網格化的形狀，而是指以這樣一種方式來建模的形狀，這樣你就可以在結構的任何節點上得到結果，而不用花幾個星期來計算結果。這樣，CAD中的旋轉對稱就可以創建一種高效、簡單的方法來創建有限元模型。同時在二維平面上的一個繪製部分可高效生成整個部分。

3 在關鍵區域間建立空間

有時候，你必須聚集在一起的表面，每一個表面都將承受相當大的壓力。記住在它們之間留出空間，以便在它們之間網格化並應用節點連接。這是一種直觀的方法，因為理論研究和經驗告訴許多設計師臨界區不應太靠近，否則它會抑制該部分結構失效。

4 外觀盡量平滑

平滑弧面

表面坡度的急劇變化會導致無效的應力集中。為了防止有限元分析中的誤導計算，形狀和特徵應儘可能圓滑。當你看到一個圓角或聯動區，考慮使用半徑而不是鋒利的邊緣。銳利的邊緣可以誤導計算，而且通常是無用的。然而，在一些公司中，工程師們在CAD交付之後「清潔」幾何模型，然後通過實際地將圓形、小孔和微小的邊緣移動到有限元模型中。那麼，你怎麼知道是使用圓形還是「乾淨」的鋒利邊緣呢？關鍵的區別在於這些區域所起的作用；當它們不代表應力和應變的案例研究時，我們對它們進行清理，當它們對模型中的應力提供支持時，我們更喜歡圓形的形狀。如此引出了第五點…

5 確保容易修改

我們會經常提到這一點，它在有限元分析中也起著重要作用。如果你想抑制特性或清理幾何，沒有什麼比回到最初的草圖和修改它更糟糕的了，然後處理它引起的結果變化的級聯。此外，一旦第一次計算迭代結束，分析交付結果，設計者將最有可能修改CAD模型以改進部件的生命周期或阻力。因此，製作一個易於編輯的CAD模型是有限元分析的一個節省時間的方法。

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由於西門子這樣的大公司，直接建模越來越受歡迎；用這種類型的CAD工具，我們不必擔心CAD建模歷史記錄，模型變更快速而有效。然而，這項技術仍處於起步階段。

6 防止不必要的接觸

這是一個典型的新手錯誤。設計人員常常以不妨礙運動或引起振動或負載的方式聚集零件，但在嚙合階段仍需注意。在有限元分析中，接觸需給予足夠的關注，特別是不重要的接觸進行了不必要的計算。

7 零件之間的接頭細節

在組件中連接部件可以用不同的方式來完成。有時，連接不同部分的元素可能被忽略。這可能會導致問題。設計者應該以最精確的方式來模擬關節。螺絲的建模與螺栓的建模不同。

機械地說，MIG不同於嚴密的焊縫。因此，在裝配環節應儘可能詳細，要麼通過提供定量的描述，以便在焊接或用小螺絲孔方便與參考輸入它。

8 隱藏結構元素(construction elements)

這是CAD設計者之間的一個常見過程，但有時在修改一個特性並將其返回時，可能會忽略一個隨機表面。如果發生這種情況，FE設計者可能不知道它僅僅是一個結構元素，實際上包含在FE建模中。這就是為什麼設計師越來越多地成為多任務工程師的原因之一。這樣的人可以防止這種錯誤。

9 成為一個多面手（或至少知道一切需要做的事情）

根據設計部門的不同，任務可以分為幾種方式。大多數時候，你要麼有一批設計師只處理CAD和另一組誰將處理CAE（計算機輔助工程），你將有一個組的多任務，工作在同一個項目執行的全過程。在這兩種情況下，設計者都必須知道CAE / CAD動力學。精通所有設計步驟的設計師將能夠防止技術問題，快速理解和回答請求，並將自己的洞察力引入設計中。

10 考慮製造業因素