Basic of Finite Element Analysis

Finite Element

有限元讨论班大纲 - 哔哩哔哩

有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）有时又被称作有限元方法（Finite Element Method，FEM），二者基本可以混用，微小的区别在于，FEM 侧重于整套理论而 FEA 侧重于应用 FEM 于具体工程问题。

Basic

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有限元模型：

节点nodes和元素/单元elements的集合称为有限元网格(finite element mesh)
- 元素elements：线元素line elements用于建模杆等一维结构、表面元素surface elements用于模拟薄壳等薄表面、实体元素solid elements用于建模三维实体，如四面体Tet，六面体Hex
- 复杂的几何体通常只能使用tri三角形和tet四面体元素进行网格划分。四边形quad和六面体hex元素最适合规则几何图形，在规则几何图形中，它们优于三角形和三角形元素，因为它们效率更高且需要的节点更少
- 元素可以是线性的（也称为一阶元素，linear or first-order elements）或二次的（二阶元素，quadratic or second-order elements）。二次元素在元素的每一侧都有附加的中间节点。它们需要更多的计算能力，但通常比线性元素产生更准确的结果。线性四面体元素（例如TET4，一种4节点四面体元素）可能表现出过度僵硬的行为，应避免使用它们-通常应使用TET10二次四面体元素
自由度：有限元网格中的每个节点都有一定数量的自由度，在二维应力分析中，每个节点有3个自由度——在X轴和Y轴上平移，以及绕Z轴旋转。对于热分析，每个节点都有一个自由度，即节点温度。

有限元分析软件

Solidworks

建立好的模型导出为.x_t格式

将Solid 转换成Surface：

Delete Face
Offset

How To Convert Solid To Surface Body In SolidWorks - YouTube

Patran

Preferences —> Geometry 单位制 inches/m/mm，不同的单位设置材料特性时会有差异

eg(钢板): E = 210GPa，$\rho = 7860 Kg/m^{3}$
mm制：

Elastic Modulus/Shear Modulus：(210000)MPa/(83000)MPa
Poisson Ratio(0.25)：注意设置了E和G后，Poisson Ratio会自动计算(根据钢板算例测试出来的)
Density：(7.8599998E-09)$Kgf \cdot s^{2} /mm^{4}$ $(Kg/m^{3} =kgf \cdot s^{2}/m^{4})$ $(1Kgf = 9.8N = 9.8 Kg \cdot m/s^{2})$

patran中数据的输入输出单位 - 百度文库

Mode Frequency

—>生成 bdf

File —> New —> *.db
Menu —> Preferences —> Geometry —> 1000.0 (Millimeters) —> Apply
File —> Import —> *.x_t —> Apply (Display —> Smooth Shade)
Meshing —>(RHS) Mesh —> Solid —>(Main window) select solid —> Automatic Calculation —> Apply
Properties —> Isotropic —>(RHS) Material Name —> Input properties (Elastic Modulus: 210000, Shear Modulus: 83000, Density: 7.86E-09) —> Apply
Properties —> Solid —> Propert Set Name —>(RHS) Input properties —> Mat Prop Name select gangban(Material Name) —> Select Application Region —>(Main window) select solid —> Add —> Apply
Analysis —> Solution Type —> NORMAL MODES —> Solution Type —> Solution Parameters —> Results Output Format(XDB or OP2) —> Subcase —> Subcase Parameters —> Number of Desired Roots : 20 —> Apply Run nastran —> Get .bdf

Nastran

如何用matlab被nastran给整的明明白白 PART 1 KNOW YOUR ENEMY——.bdf文件 - 知乎 (zhihu.com)

Nastran的Python库：Welcome to pyNastran’s documentation for v1.3! — pyNastran 1.3 1.3 documentation (pynastran-git.readthedocs.io)

Debug: Nastran Error List 1. | PDF

D:\Software\Nastran\Nastran_install\bin\nastranw.exe *.bdf

卫星算例.bdf

不同结构参数生成结构特征量FR

file

$ Elements and Element Properties for region : Shear_Panels
PSHELL   1       1      .003     1               1

- 36  行 .003 Shear_Panels 厚度 theta5
- 429 行 .002 Central_Cylinder 厚度 theta3
- 666 行 .001 Adapter 厚度 theta2 本来应该是密度2.7
- 723 行 .002 Upper_platform 厚度 theta6
- 864 行 .001 Lower_platform 厚度 theta4
- 1020行 7.   mat_N 弹性模量  theta1  
- 1023行 7.   mat_CC
- 1026行 7.   mat_L
- 1029行 7.   mat_SP
- 1032行 7.   mat_U
-

主弹性模量$\theta_1$ 70Gpa，
主密度 $\theta_2$ ，密度2.7x $10^{3} kg/m^{3}$ (英文论文) or 适配器厚度 1mm(本 1)
中心筒厚度$\theta_3$ 2mm
底板厚度 $\theta_4$ 1mm
剪切板厚度$\theta_5$ 2mm
顶板厚度 $\theta_6$ 2.5mm

FEA二次开发(Python)

Ansys:

Ansys与Python：r/ANSYS —- Ansys with Python : r/ANSYS
PyAnsys — PyAnsys

Nastran:

Welcome to pyNastran’s documentation for v1.3! — pyNastran 1.3 1.3 documentation (pynastran-git.readthedocs.io)

Other

FE & Blender

可否指教一下blender如何渲染abaqus求解文件odb？

odb写个脚本导出obj文件，然后导进blender一张张渲染就好

QiYun

Finite Element Learning Note