e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAE

有限元分析50年发展之路

2010/5/9    来源:e-works    作者:e-works  杜凯      
关键字:CAE  有限元分析  历史  发展  FEA  
计算机辅助工程(CAE)作为一门新兴的学科已经逐渐的走下神坛,成为了各大企业中设计新产品过程中不可缺少的一环。而CAE技术出现则是要归功于有限元分析的诞生,在有限元法诞生的早期,几乎所有的CAE软件都是使用有限元法来进行计算求解。本文结合FEA方法的发展历史,介绍了CAE软件在近50年的发展变化。

    计算机辅助工程(CAE)作为一门新兴的学科已经逐渐的走下神坛,成为了各大企业中设计新产品过程中不可缺少的一环。传统的CAE技术是指工程设计中的分析计算与分析仿真,具体包括工程数值分析、结构与过程优化设计、强度与寿命评估、运动/动力学仿真,验证未来工程/产品的可用性与可靠性。
    如今,随着企业信息化技术的不断发展,CAE软件与CAD/CAM/CAPP/PDM/ERP一起,已经成为支持工程行业和制造企业信息化的主导技术,在提高工程/产品的设计质量,降低研究开发成本,缩短开发周期方面都发挥了重要作用。
    而CAE技术出现则是要归功于有限元分析的诞生,在有限元法诞生的早期,几乎所有的CAE软件都是使用有限元法来进行计算求解。因此,可以说有限元法的发展也间接反映了CAE软件在这半个世纪的发展历史。
1 有限元法的诞生
    每一项新技术的推出都是由于时代的迫切需要,而新技术的出现后也需要经历历史的重重考验。在上个世纪40年代,由于航空事业的快速发展,对飞机内部结构设计提出了越来越高的要求,即重量轻、强度高、刚度好,人们不得不进行精确的设计和计算。正是在这一背景下,有限元分析的方法逐渐的发展起来。
    早期的一些成功的实验求解方法与专题论文,完全或部分的内容对有限元技术的产生做出的贡献,首先在应用数学界第一篇有限元论文是1943年Courant R发表的《Variational methods for the solution of problems of equilibrium and vibration》一文,文中描述了他使用三角形区域的多项式函数来求解扭转问题的近似解,由于当时计算机尚未出现,这篇论文并没有引起应有的注意。
    1956年,M.J.Turner (波音公司工程师),R.W.Clough (土木工程教授),H.C.Martin (航空工程教授)及L.J.Topp (波音公司工程师) 等四位共同在航空科技期刊上发表一篇采用有限元技术计算飞机机翼的强?的论文,名为《Stiffness and Deflection Analysis of Complex Structures》,文中把这种解法称为刚性法(Stiffness),一般认为这是工程学界上有限元法的开端。

首次提出有限元名称的Ray W. Clough博士 

图1 首次提出有限元名称的Ray W. Clough博士

    1960年,Ray W. Clough教授在美国土木工程学会(ASCE)之计算机会议上,发表另一篇名为《The Finite Element in Plane Stress Analysis》的论文,将应用范围扩展到飞机以外之土木工程上,同时有限元法(Finite Element Method)的名称也第一次被正式提出。
    由此之后,有限元法的理论迅速地发展起来,并广泛地应用于各种力学问题和非线性问题,成为分析大型、复杂工程结构的强有力手段。并且随着计算机的迅速发展,有限元法中人工是难以完成的大量计算工作能够由计算机来实现并快速地完成。因此,可以说计算机的发展很大程度上促进了有限元法的建立和发展。  

责任编辑:杜凯
本文为e-works原创投稿文章,未经e-works书面许可,任何人不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用。如已是e-works授权合作伙伴,应在授权范围内使用。e-works内容合作伙伴申请热线:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐