有限元分析FEA和计算流体动力学CFD的区别与联系
责任编辑:王王木木     时间:2021-11-22     来源:元王CAE
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分类: 技术分享
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       众所周知,FEA指的是FiniteElementAnalysis,即有限元分析;而CFD指的是ComputationalFluidDynamics,即计算流体动力学。通常我们会简化并将FEA归类为分析结构设计中的强度与位移,将CFD归类为分析设计中的流体流动。

 

         为便于理解,小编对有限元分析FEA和CFD分别进行实例说明。

 

 FEA

 

        下图所示,如果在货架上不断添加货物,那么货架的变形情况是怎样的,多久会到达其弹性极限?


 


 

 

         下图为典型的位移分布图,显示当货物重量达到100kg时,货架的前部变形大约1mm。


 

 


 

 

         下图为安全系数图,表示此时货架支撑杆上的应力处理安全状态。


 

 


 

 

 CFD

 

       下图所示,当热水通过一个处于空气环境中的热交换器时,水温会下降多少?


 

 


 

 

        下图所示为一张结果处理中的剖面图,显示了对于流速为3.2L/minwww.featech.com.cn的热水,其温度大约下降了约50摄氏度。同时,分析结果中给出了流体的运行轨迹以及相互作用的简单矢量图。


 

 


 

 

 FEA和CFD

 

       FEA与CFD之间有着巨大的差别,不管是问题类型还是求解算法,都能明显区别开来。但是,在现实情况中却有着大量的问题需要FEA与CFD同时去分析。

 

        例如在FEA模型中,货架是包围在空气中,而空气是作为一个流体而存在的;在CFD模型中,热交换器可能会因为水流发生结构上的变化,这就需要FEA技术来分析。

 

         因此,在许多情况中,我们需要建立耦合物理场来分析问题。

 

 多物理场

 

       下图为高速公路道路标志,其在重力与风力的共同作用下会发生怎样的变形呢?


 

 


 

 

         对于变形问题,我们可能首先想到用FEA技术去分析,但是风力的加载问题却很难解决,这就需要引入多物理场耦合来求解。

 

        首先使用CFD分析标志因为风力而在表面承受的压强,再将材料数据与重力加载导入,并将标志底座固定,进行求解,从而完成一个完整的分析流程。


 


 


 

 

 

        下图为位移图和Pin/Bolt标准分析图,两者都标示道路标志在风速为60mile/h时非常安全。


 


 

 


 

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Eileen  回复 2021-11-22 11:22:10
学到了
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