有限元分析及應(yīng)用工字梁熱力學(xué)與結(jié)構(gòu)學(xué)耦合分析有限元分析（FEA，F(xiàn)INITEELEMENTANALYSIS）將物體劃分成有限個(gè)單元，這些單元之間通過(guò)有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接，單元看作是不可變形的剛體，單元之間的力通過(guò)節(jié)點(diǎn)傳遞，然后利用能量原理建立各單元矩陣；在輸入材料特性、載荷和約束等邊界條件后，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行物體變形、應(yīng)力和溫度場(chǎng)等力學(xué)特性的計(jì)算，最后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，顯示變形后物體的形狀及應(yīng)力分布圖。有限元分析的基本概念是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱(chēng)為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿(mǎn)足條件如結(jié)構(gòu)的平衡條件），從而得到問(wèn)題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。熱結(jié)構(gòu)耦合分析是指求解溫度場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)中應(yīng)力、應(yīng)變和位移等物理量的影響，熱結(jié)構(gòu)耦合問(wèn)題是結(jié)構(gòu)分析中較常見(jiàn)的一類(lèi)耦合分析問(wèn)題。由于結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)的分布不均會(huì)引起結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力，或者是結(jié)構(gòu)件在高溫環(huán)境中工作，材料受到溫度的影響會(huì)發(fā)生性能的改變，這些都是進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)需要考慮的因素。為此需要先進(jìn)行相應(yīng)的熱分析，然后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。在NX環(huán)境中進(jìn)行熱結(jié)構(gòu)耦合分析，首先進(jìn)行熱分析求得結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)，然后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，并將前面得到的溫度場(chǎng)作為體載荷加到結(jié)構(gòu)中，求解結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布。1模型建立2熱分析21新建FEM和仿真點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，選擇“高級(jí)仿真”，激活高級(jí)仿真模塊。在仿真導(dǎo)航器中選擇“新建FEM和仿真”22解算方案23網(wǎng)格收集器添加材料屬性，從材料清單中選擇“STEEL”，單擊“確定”25劃分網(wǎng)格26添加約束（進(jìn)入仿真環(huán)境）所有外表面添加對(duì)流約束，環(huán)境溫度為45，對(duì)流系數(shù)為100W/M2C27添加熱約束在工字梁頂端設(shè)置65恒溫28解算方案求解29結(jié)果分析計(jì)算完成后，右擊擊導(dǎo)航器中的“RESULTS”，打開(kāi)后觀(guān)察結(jié)果由熱分析所得的工字梁的溫度分布云圖可看出，最高溫度出現(xiàn)在工字梁頂端，為65，最低溫度在梁的底部，為45953結(jié)構(gòu)分析前面步驟與熱分析基本一致，在網(wǎng)格劃分完畢后，添加載荷與約束，在工字梁的兩端分別添加1000N的恒力，固定約束。31解算方案求解32結(jié)果分析計(jì)算完成后，右擊擊導(dǎo)航器中的“RESULTS”，打開(kāi)后觀(guān)察結(jié)果由結(jié)構(gòu)分析所得的工字梁的節(jié)點(diǎn)位移分布云圖可看出，節(jié)點(diǎn)最大位移出現(xiàn)在工字梁固定一端，為0MM，節(jié)點(diǎn)最大位移出現(xiàn)在工字梁施加力的一端，為0457MM。由結(jié)構(gòu)分析所得的工字梁的節(jié)點(diǎn)位移分布云圖可看出，節(jié)點(diǎn)應(yīng)力最小為004MP，最大為7647MP。4耦合分析41新建結(jié)構(gòu)學(xué)解算方案（返回到模型）在結(jié)構(gòu)分析中將熱分析的結(jié)果導(dǎo)入到此方案的SUBCASE，其它載荷及約束的施加和結(jié)構(gòu)分析相同。42解算方案求解43結(jié)果分析計(jì)算完成后，右擊擊導(dǎo)航器中的“RESULTS”，打開(kāi)后觀(guān)察結(jié)果由耦合分析所得的工字梁的節(jié)點(diǎn)位移分布云圖可看出，節(jié)點(diǎn)最小位移出現(xiàn)在工字梁端點(diǎn)，為0MM，節(jié)點(diǎn)最大位移出現(xiàn)在工字梁中間位置，為01158MM由耦合分析所得的工字梁的節(jié)點(diǎn)位移分布云圖可看出，單元節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力為39396MP，最小應(yīng)力為029MP。45號(hào)鋼的抗拉強(qiáng)度不小于600MPA，故滿(mǎn)足要求。5結(jié)語(yǔ)在NX85環(huán)境下，通過(guò)對(duì)工字梁熱力學(xué)與結(jié)構(gòu)學(xué)耦合分析，熱結(jié)構(gòu)耦合分析所得的工字梁的最大位移比單獨(dú)在機(jī)械載荷作用下結(jié)構(gòu)分析中的大，所得的應(yīng)力也比單純結(jié)構(gòu)分析下的應(yīng)力大，說(shuō)明溫度載荷對(duì)工字梁的強(qiáng)度和剛度均有很大影響,在機(jī)械載荷和熱載荷共同作用下，兩種模型