Siemens PLM Sortware征文：Femap有限元分析软件在结构分析中的应用

    1 引言
   
    自上世纪50年代始，为了解决复杂桁架和薄板的问题求解，科学家和工程师逐渐提出了有限元的结构分析方法。从1956年开始，Turner和Clough提出了有限元的理论概念，随着计算机的发展，有限元的理论迅速发展，并出现了通用的有限元商业软件。随后，在国外的各个领域开始大规模应用，企业的设计水平大幅度提高，从中获得了大量的利益。我国的力学工作者为有限元的发展也做出了许多工作：钱伟长、钱学森、钱令希、冯康等。
   
    从二十世纪60年代中期以来，进行了大量的理论研究，不但拓展了有限元法的应用领域，还开发了许多通用或专用的有限元分析软件。
   
    理论研究的一个重要领域是计算方法的研究，主要有：大型线性方程组的解法，非线性问题的解法，动力学问题计算方法。
   
    有限元法已经成功地应用在以下一些领域：固体力学，包括强度、稳定性、震动和瞬态问题的分析；传热学；电磁场；流体力学
   
    有限元成功应用的行业：汽车；航空航天；通用机械；船舶；建筑、桥梁；工程机械、重型机械；高科技电子行业；石油、海洋；微生物
   
    应用事例：

    图1：汽车转向机构      

    图2：型材挤压成型       

    图3：结构与焊缝布置

    可以说，CAE在国外的各个行业、各个领域已经得到了充足的应用。解决了大量的人工计算所无法解决的问题，在保证产品质量的前提下，节约了大量的设计时间、试验样机和试验时间，促使产品的上市时间大幅度提前，总体成本得到了最大限度的节约，通常能够节约总成本50%左右。
   
    2 femap 结构分析简介
   
    Femap 是德国西门子公司开发的一款计算机辅助工程（ CAE ）工具，它采用的是NX Nastran内核，业内也有称呼它为Femap with NX Nastran。它是在上世纪60年代，为了满足美国航空航天工业对结构分析的迫切需要，美国政府组织人力开发的第一个具有实用性的CAE软件 - Nastran（NASA Structural Analysis），用于计算不具有可试验性的飞行器结构。Femap with NX Nastran 在很多重要的工业领域分析解决方案中得到应用，这些领域包括航空航天、国防、汽车、船舶、重型机械、医疗设备及零售业，被公认为压力、振动、结构故障、热传导、噪音 / 声学、气动弹性等方面计算机辅助设计分析的工业标准。在结构分析计算完成之后，它会自动给出一份完整的计算报告，不仅仅包含了计算结果，而且还包含了结构的几何图形，计算前合理的假设内容，计算前，载荷和约束的确定，网格划分的依据，计算结果和计算结果的判定，多次计算结果的比较，计算结果的二次处理，对结构设计的合理性的意见和建议。
   
    作为新颖的有限元分析软件Femap在处理结构分析问题方面具有强大的功能，结构分析方面一直是femap重要的应用领域。而且其界面友r好，易于掌握，可以随心所欲地选择图形用户界面方式或命令流的方式进行计算，同时具有强大的网格划分功能及强大的结果后处理功能。
   
    在femap的众多模块当中，有六个模块可以进行结构分析：NX Nastran Basic－ 基本模块；NX Nastran Dynamic Response－动态响应；NX Nastran Aero elasticity－空气动力弹性及颤振分析；NX Nastran Advanced Aero elasticity－高级空气动力弹性及颤振分析；NX Nastran Optimization-优化；NX Nastran Super Element-超级单元；NX Nastran Advanced Nonlinear-高级非线性；NX Nastran Thermal － 热分析；NX Nastran Advanced Thermal － 高级热分析。