有限元分析系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望

謝小麗

摘要：隨著我國科技的飛速發(fā)展，人們更是在不斷的創(chuàng)建更快速，更簡便，規(guī)模更大的建筑物以及更加精密的設(shè)備。但創(chuàng)建這些東西的時候，都需要工程師在設(shè)計(jì)的時候要精確的預(yù)測出產(chǎn)品的技術(shù)性能，動力強(qiáng)度，流場，磁場等等的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析和計(jì)算。隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)不斷發(fā)展起來的有限元分析方法，不僅逐漸的解決了一些工程計(jì)算上的一些復(fù)雜的分析計(jì)算，而且相關(guān)的研究人員更是研究了許多新技術(shù)來不斷的為我國做出了不可估量的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：有限元分析；現(xiàn)狀 ；發(fā)展局勢

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）18-0242-01

1 有限元分析系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

1）如今，在我們的生活中，從自行車到飛機(jī)，所有的設(shè)計(jì)都離不開有限元的系統(tǒng)分析計(jì)算。隨著科技的不斷發(fā)展，以往的線性理論已經(jīng)逐漸的不能滿足現(xiàn)在的社會發(fā)展要求。比如在建筑行業(yè)中，高層建筑的出現(xiàn)，工作人員就必須要考慮結(jié)構(gòu)的大位移等等的幾個非線性問題。航天工程出現(xiàn)的高溫部件存在的熱應(yīng)力問題，工作人員也必要考慮到材料的非線性問題。

所以現(xiàn)在我國的發(fā)展?fàn)顩r如果只是采用線性理論來解決問題，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。我們只能不斷的發(fā)展更好的技術(shù)來解決現(xiàn)在的困境。眾所周知，非線性的計(jì)算的過程是非常復(fù)雜的，它一般會涉及許多復(fù)雜的數(shù)學(xué)問題以及一些運(yùn)用技巧，相關(guān)的工作人員也很難在很短的時間掌握要點(diǎn)。

2）隨著數(shù)值分析系統(tǒng)的不斷改進(jìn)和完善，尤其是計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度上表現(xiàn)得尤其突出。在現(xiàn)在的工程站上，想要求解一個包含10方程的模型時間只需要10分鐘，而如果用手工的方式，則需要幾周的時間才可以得出結(jié)果。所以，我們在這方面做出的成績還是比較優(yōu)秀的。

3）現(xiàn)如今，CAD軟件的無縫集成工藝已經(jīng)成為我國有限元分析的另一個特點(diǎn)，也就是CAD軟件的集成使用。也就是說，在CAD軟件造成零件的設(shè)計(jì)以后，再自動的生成有限元網(wǎng)絡(luò)，然后進(jìn)行分析計(jì)算。如果分析以后的結(jié)果和設(shè)計(jì)的要求不符合，可以重新的對造型進(jìn)行改進(jìn)和再次分析計(jì)算，直至滿意，這樣的分析計(jì)算大大的提高了我們的設(shè)計(jì)水平。

4）在Wintel的平臺上，最開始在大中型的計(jì)算機(jī)運(yùn)行的都是有限元分析的軟件，后來又逐漸的發(fā)展成以工程工作站作為計(jì)算的平臺。他們其中的共同點(diǎn)都是采用了UNIX的操作系統(tǒng)，但PC機(jī)的出現(xiàn)，使計(jì)算機(jī)在實(shí)際的應(yīng)用上發(fā)生了很大的變化，把工程師限在辦公桌上就能完成工作的夢想變成了現(xiàn)實(shí)。但最開始的PC機(jī)都是采用的16位的CPU操作系統(tǒng)，往往內(nèi)存中的數(shù)據(jù)受到了局限性。

2 有限元分析系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

1）我國對非固體力學(xué)和交叉學(xué)科的FEA程序經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，對于用作在求解固體力學(xué)的有限元軟件已經(jīng)相對來說非常的成熟了。由于國情的不斷變化，現(xiàn)在主要研究的前沿問題是流體力學(xué)，可壓縮和不可壓縮流體力學(xué)以及交叉學(xué)科等等。由于現(xiàn)在我國國內(nèi)還沒有和世界的發(fā)展腳步保持一致，國內(nèi)還沒有出現(xiàn)類似功能的商品化軟件，所以導(dǎo)致國外的類似軟件賣的非常貴。為了能夠打破這種壟斷的局面，我們必須要掌握自己的主版權(quán)和用于分析流體力學(xué)等學(xué)科的軟件。由于流體力學(xué)的問題非常的繁瑣和復(fù)雜，而且?guī)缀鯖]有可以用來借鑒的軟件，所以也就需要國家大力的投入資金和人力來發(fā)展。

2）要開發(fā)具有中國特色的技術(shù)可以大大的提高FEA軟件的性能和用戶的接受程度。在目前來看，國內(nèi)的研究人員在這方面做了不少的準(zhǔn)備工作，但由于PC機(jī)上的圖形環(huán)境有限，所以最終做出的結(jié)果都和想象的差距太大。但在Windows系統(tǒng)中提供了OpenGl的圖形標(biāo)準(zhǔn)，為了能夠在PC機(jī)上應(yīng)用到可視化圖形，GUL提供了非常大的幫助。同時，OpenGl技術(shù)是當(dāng)今國際都共同認(rèn)可的高性能圖形，應(yīng)用它所開發(fā)出來的三維圖形深深受專業(yè)人員所喜歡，所以目前在世界上占領(lǐng)先位置的計(jì)算機(jī)公司都采用了這一標(biāo)準(zhǔn)。正如前面所說，近幾年，國外的FEA已經(jīng)不再做以往的仿真軟件，而是直接在Windows系統(tǒng)上開發(fā)有限元系統(tǒng)。這種技術(shù)手段也不斷的在我國國內(nèi)被一些相關(guān)人員陸續(xù)使用，比如：杭州自動化技術(shù)研究院采用的OpenGL圖形標(biāo)準(zhǔn)以及相應(yīng)的Visual C++等編程，在PC機(jī)上成功地研發(fā)了一套具有可視化的有限元程序包。這種程序能夠直觀地通過對"菜單"、"窗口"、"和對話框等可視圖形畫面，自動建立起一套有限元的分析模型，并且能夠以交互的方式來實(shí)現(xiàn)計(jì)算的可視化處理，公司也因而大大提高有限元分析的效率和精確性。

3）前面提到過，當(dāng)今的有限元方法的最主要的特點(diǎn)就是與CAD的無縫集成。作為我國自己研發(fā)的FEA，我們首先應(yīng)該考慮的就是和我國自主版權(quán)的CAD的集成。因?yàn)橛邢拊姆治鲋饕沁\(yùn)用在比較復(fù)雜形狀的部件上，所以有限元分析系統(tǒng)必須要和三維造型功能的CAD軟件集成，然后不斷的發(fā)展和研究，最終使設(shè)計(jì)和分析能夠緊密的結(jié)合，融為一體。

3 小結(jié)

國家應(yīng)該經(jīng)常的關(guān)注有限元的世界發(fā)展局勢，采用最先進(jìn)的技術(shù)，不斷的擴(kuò)張有效元的性能，最終找到求發(fā)展和謀生存的道路。

參考文獻(xiàn)：

[1] 高靖， 程寶春. 有限元分析及參數(shù)研究[J]. 福建大學(xué)學(xué)報， 2008（10）.

[2] 劉麗秋， 康莊. 計(jì)算機(jī)有限元分析和解法[J]. 重慶科技學(xué)院學(xué)報， 2008（10）.

[3] 周昌玉， 夏翔鳴， 趙登峰. 高心壓縮機(jī)葉輪疲勞斷裂故障的有限元分析[J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報， 2008（11）.