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有限元分析计算前处理自动化系统的开发

发布于:2016-04-15 21:08
有限元分析

      应用三维有限元分析矿体开挖与充填问题一直是有限元应用领域的一个难题。其主要困难在于,单元节点数目多,且刚度矩阵带宽大,因而需要较多的计算机空间和时间,空间结构难以用图形方式表示出来,三维网格自动划分比较困难,特别是对于矿体形状复杂、地质剖面具有多分界面的复杂系统就更难,三维有限元分析数据准备工作量巨大,难以用人工的办法来完成。因此,开发和研制适合于矿体开挖与充填三维有限元计算前处理自动化系统,让计算机自动完成有限元计算前处理全过程,是一项实用而有意义的课题。有限元计算前处理的主要作用是用尽可能少的输入数据给计算机,通过前处理程序将它们说明成主程序能够接受的信息,生成完整的有限元分析所必须的数据。
有限元分析所必须的数据可分为以下几类:
      (1)控制数据:主要控制程序计算流程,实现各种计算功能。例如,是实行静力还是动力分析,是线性还是非线性分析,采用哪种计算方法,时间载荷步如何划分等等。
      (2)节点数据:输入节点坐标类型,各节点坐标值,以及结点约束的信息。
      (3)单元组数据:输入单元组类型、该单元组单元总数、数值积分点选取、材料选取、材料模式、力学模式(线性或非线性)、各单元的节点编号(拓扑数据)。
      (4)材料数据:输入各单元组材料模式所需各种材料参数。
      (5)边界条件数据:包括力边界条件和位移边界条件。
      (6)载荷数据;输入各种载荷情况,如集中力、分布力、重力等,它们均可设为时间的函数。上述6种数据为有限元分析所需的最基本的数据。过去,人们在用有限元解决实际问题时,需要准备大量的数据,花去相当多的时间,有时占总工作量的50%。前处理第一个任务就是如何减少各种数据输入量,仅给出一些控制参数,其它所需参数由程序自动生成。特别是数据,它们是输入数据量最大的部分,也是最容易出错的部分。前处理的另一个功能是节点编号优化。采用自动生成的节点编号不一定是程序运算最优节点编号。为了使矩阵带宽优化,提高运算效率,增添此部分功能是很有必要的。
      为解决上述问题,研制了一个适合于矿体开挖与充填施工过程的三维有限元计算前处理自动化系统AUTOFEM(3D)。该系统实现了三维有限元前处理各步骤和有限元分析等内容的自动化,通过控制平台,菜单提示,用户可以按方向键或号码选项,进行任意步骤的操作,既避免了使用者出错的机会,又大大提高了有限元计算的效率。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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