常見的有限元仿真分析有哪些？
我想問一下大家，你知道有限元仿真分析常見的有哪些嗎？它們的作用是什么？如果你只是有個概念但并不是有很深的了解，這篇內(nèi)容正好就能為你解惑。
CAE是用計算機輔助求解復雜工程和產(chǎn)品結構強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應、熱傳導、彈塑性等力學性能的分析計算，以及結構性能的優(yōu)化設計等問題的一種近似數(shù)值分析方法。
常見的CAE有限元仿真分析，我給總結出有以下八種：
一、靜態(tài)結構分析
靜態(tài)結構分析是結構設計與強度校核的基礎，主要是計算在固定不變的載荷作用下（包含由定常加速度引起的平衡慣性載荷）結構的響應（位移、應力、應變和力），不考慮慣性和阻尼的影響。固定不變的載荷和響應是一種假定，即假定載荷和結構的響應隨時間的變化非常緩慢。
結構線性靜力分析中，假定結構中的工作應力小于結構材料的屈服應力，因此應力應變關系服從胡克定律，具有線性關系。同時結構的變形（位移）相對結構的總體尺寸來說又是很小的，所以問題可以用線性方程計算。
二、模態(tài)分析
模態(tài)分析是結構動力分析的基礎。模態(tài)也就是結構產(chǎn)生自由振動時的振動形態(tài)，也稱為振型。每一個自由振動的固有頻率都對應一個振型，一般說系統(tǒng)有多少自由度就有多少個固有頻率。模態(tài)分析的目標是確定系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，即系統(tǒng)的各階固有頻率和振型，為結構系統(tǒng)的動力特性分析和優(yōu)化設計提供依據(jù)。
三、屈曲分析
屈曲分析是一種用于確定結構失去穩(wěn)定性的臨界載荷和屈曲模態(tài)形狀的技術，廣泛應用于細薄結構的設計分析中。在通常的結構分析中，結構處于一個穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。但是有一些承受較大壓應力的細薄結構，例如細長的受壓桿、受到較大水壓的深海容器等，當它們所受到的壓應力達到某個臨界值時，原來的平衡狀態(tài)就會變得不穩(wěn)定，受壓的直桿會因為失去穩(wěn)定性而變彎曲，受到高水壓的容器會因為失穩(wěn)而壓癟。
四、非線性分析
非線性分析主要包括幾何非線性、材料非線性和接觸非線性等。
幾何非線性問題是指結構的變形比較大，使應力和應變之間不能再用線性關系來表示，很大的位移也可能使外力之間的平衡關系改變，以致不能繼續(xù)采用線性分析。
材料非線性問題是由于載荷過大等因素的影響，當結構中的應力達到或超過材料的屈服應力時，材料的應力應變關系不再符合虎克定律，也可能一些材料的應力應變關系本來就不服從虎克定理，這種問題統(tǒng)稱為材料非線性問題，如彈塑性問題、超彈性問題和蠕變問題等。
接觸問題是指系統(tǒng)的剛度由于系統(tǒng)狀態(tài)的改變在不同值之間突然變化。接觸是一種很普遍的非線性行為，需要較大的計算資源，為了進行有效的計算，理解問題的特性和建立合理的模型是很重要的。接觸問題有兩大難點，一是在求解問題之前，不知道接觸區(qū)域表面之間是接觸的、分開的還是突然變化的，這隨著載荷、材料、邊界條件等因素而定；二是接觸問題常需要計算摩擦，各種摩擦模型是非線性的，這使得問題的收斂變得困難。
五、結構動力學分析
結構動力學主要解決兩個問題：一是尋求結構的固有頻率和主振型，了解振動特性；另一個就是分析結構的動力響應特性，計算結構受到動載荷時的動位移、動應力和動應變的大小及其變化規(guī)律。根據(jù)動載荷的不同，動力響應計算主要分以下幾類：
頻率響應分析：主要用于計算結構在簡激勵作用下的穩(wěn)態(tài)動力響應。頻率響應分析中，載荷是時間的諧函數(shù)，需要指定它的大小、頻率和相位。頻率響應分析限于線彈性結構。
瞬態(tài)響應分析：用于確定承受任意隨時間變化載荷的結構動力學響應，確定結構在靜載荷、瞬態(tài)載荷和簡諧載荷的任意組合作用下，隨時間變化的位移、應力、應變。分為直接瞬態(tài)響應分析和模態(tài)瞬態(tài)響應分析。兩種方法均可考慮強迫剛體位移作用。
六、疲勞分析
疲勞是指結構在低于靜態(tài)強度極限的載荷重復作用下，出現(xiàn)初始裂紋、裂紋擴展，直到裂紋疲勞斷裂的現(xiàn)象。影響疲勞破壞的原因很多，主要考慮的是載荷的循環(huán)特征和循環(huán)次數(shù)、構件材料的疲勞特性、構件的應力分布，以及構件的形狀、大小尺寸以及材料表面熱處理等因素。
七、熱傳導分析
熱傳導分析通常用來校驗結構零件在熱邊界條件或熱環(huán)境下的產(chǎn)品特性，可以計算出結構內(nèi)的溫度分布狀況，并直觀地看到結構內(nèi)潛熱、熱點位置及分布。
八、設計優(yōu)化
設計優(yōu)化是為滿足特定優(yōu)選目標（如最小重量、最大第一階固有頻率或最小噪聲級等）的綜合設計過程。這些優(yōu)選目標稱之為設計目標或目標函數(shù)。優(yōu)化實際上含有折中的含義，例如結構設計的更輕就要用更少的材料，這樣一來結構就會變得脆弱，因此就要限制結構件在最大許用應力下或最小失穩(wěn)載荷下等的外形及尺寸厚度。類似地，如果要保證結構的安全性就要在一些關鍵區(qū)域增加材料，但同時也意味著結構會加重。
CAE有限元仿真分析在工程中具有廣泛的應用，能夠幫助工程師們更好地理解和優(yōu)化產(chǎn)品或結構的性能。這也就是為什么很多企業(yè)都離不開CAE仿真分析，不僅降本增效，還能提前規(guī)避產(chǎn)品設計風險、減少試驗時間和經(jīng)費等。
