有限元分析的重要作用

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有限元分析的重要作用

基于功能完善的有限元分析软件和高性能的计算机硬件对设计的结构进行详细的力学分析，以获得尽可能真实的结构受力信息，就可以在设计阶段对可能出现的各种问题进行安全评判和设计参数修改，据有关资料，一个新产品的问题有60％以上可以在设计阶段消除，甚至有的结构的施工过程也需要进行精细的设计，要做到这一点，就需要类似有限元分析这样的分析手段。

下面举出几个涉及土木工程、车辆工程、航空工程以及生物工程的实例。 北京奥运场馆的鸟巢由纵横交错的钢铁枝蔓组成，它是鸟巢设计中最华彩的部分，见图1-2，也是鸟巢建设中最艰难的。看似轻灵的枝蔓总重达42000吨，其中，顶盖以及周边悬空部位重量为14000吨，在施工时，采用了78根支柱进行支撑，也就是产生了78个受力区域，在钢结构焊接完成后，需要将其缓慢而又平稳地卸去，让鸟巢变成完全靠自身结构支撑；因而，支撑塔架的卸载，实际上就是对整个钢结构的加载，如何卸载？需要进行非常详细的数值化分析，以确定出最佳的卸载方案。2006年9月17日成功地完成了整体钢结构施工的最后卸载。

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图1-3给出的是现代列车车厢整体结构的有限元分析模型[10]；图1-4表明的是空客A350后机身第19框的设计与有限元分析过程[11]；图1-5为人体肩部区域的骨胳有限元分析模型以及计算结果[12]，并与实际测试结果进行了比较。所有这些表明了有限元方法的广泛适应性以及在科学研究与重大工程中的重要性。

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图1-5 人体肩部区域的骨胳有限元分析模型及计算结果