FEA

Анализ конечных элементов (Finite Element Analysis, FEA) представляет собой расчетный компьютерный метод анализа воздействия нагрузок, прикладываемых к физическим элементам. Нагрузки могут быть механическими, тепловыми, электро­магнитными или их комбинациями. В этом случае обычно решаемая задача слишком сложна для классических методов.

Данный метод существенно отличается от классических методов описанием исследуемого объекта. Для описания объекта используют бесконечно малые элементы. Континуум исследуемого объекта описывается дифференциальными уравнениями в частных производных. Для анализа конечных элементов объект разделен на простые блоки, находящиеся во взаимодействии, называемые элементами. Элементы характеризуются функциями формы. Все вместе они формируют геометрическую модель. Элементы взаимодействуют в узлах. Информация передается от элемента к элементу только через общие узлы. Внутри элемента используется интерполяция. Таким образом, воздействия на элемент описываются через центральные смещения.

Применение

Анализ конечных элементов является эффективным методом прогнозирования последствий и режимов отказов сложных структур. Он может быть использован для решения задач различных типов, включая анализ механических напряжений, вибраций, жидких потоков, передачи тепла, электромагнитных полей и т.п.

Ключевые элементы

• выбор наиболее подходящих конечных элементов для моделирования объекта;
• деление объекта на элементы и определение свойств элементов;
• составление матричного представления взаимодействия с учетом степени свободы узлов;
• определение граничных условий и применяемых нагрузок;
• решение набора алгебраических уравнений, соответствующих матрице, для расчета центральных смещений;
• вычисление исследуемых физических параметров, например напряжений вибрации и т.п.

Достоинства

Метод анализа конечных элементов может быть использован для анализа упругих и неупругих воздействий;

• для выполнения статических и динамических исследований;
• для анализа элементов неправильной формы с большим количеством граничных условий и из различных материалов;
• для оптимизации проекта;
• для оценки и валидации надежности.

Ограничения

• необходимость проведения высокого уровня специализированной технической экспертизы;
• легко исказить или неправильно истолковать результаты.