有限元分析FEA和計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)CFD的區(qū)別與聯(lián)系

 眾所周知，F(xiàn)EA指的是FiniteElementAnalysis，即有限元分析；而CFD指的是ComputationalFluidDynamics，即計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)。通常我們會(huì)簡(jiǎn)化并將FEA歸類(lèi)為分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的強(qiáng)度與位移，將CFD歸類(lèi)為分析設(shè)計(jì)中的流體流動(dòng)。

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 為便于理解，有限元科技小編對(duì)有限元分析FEA和CFD分別進(jìn)行實(shí)例說(shuō)明。

 FEA

 下圖所示，如果在貨架上不斷添加貨物，那么貨架的變形情況是怎樣的，多久會(huì)到達(dá)其彈性極限？

 下圖為典型的位移分布圖，顯示當(dāng)貨物重量達(dá)到100kg時(shí)，貨架的前部變形大約1mm。

 下圖為安全系數(shù)圖，表示此時(shí)貨架支撐桿上的應(yīng)力處理安全狀態(tài)。

 CFD

 下圖所示，當(dāng)熱水通過(guò)一個(gè)處于空氣環(huán)境中的熱交換器時(shí)，水溫會(huì)下降多少？

 下圖所示為一張結(jié)果處理中的剖面圖，顯示了對(duì)于流速為3.2L/minwww.hengxinjiancai.com的熱水，其溫度大約下降了約50攝氏度。同時(shí)，分析結(jié)果中給出了流體的運(yùn)行軌跡以及相互作用的簡(jiǎn)單矢量圖。

 FEA和CFD

 FEA與CFD之間有著巨大的差別，不管是問(wèn)題類(lèi)型還是求解算法，都能明顯區(qū)別開(kāi)來(lái)。但是，在現(xiàn)實(shí)情況中卻有著大量的問(wèn)題需要FEA與CFD同時(shí)去分析。

 例如在FEA模型中，貨架是包圍在空氣中，而空氣是作為一個(gè)流體而存在的；在CFD模型中，熱交換器可能會(huì)因?yàn)樗靼l(fā)生結(jié)構(gòu)上的變化，這就需要FEA技術(shù)來(lái)分析。

 因此，在許多情況中，我們需要建立耦合物理場(chǎng)來(lái)分析問(wèn)題。

 多物理場(chǎng)

 下圖為高速公路道路標(biāo)志，其在重力與風(fēng)力的共同作用下會(huì)發(fā)生怎樣的變形呢？

 對(duì)于變形問(wèn)題，我們可能首先想到用FEA技術(shù)去分析，但是風(fēng)力的加載問(wèn)題卻很難解決，這就需要引入多物理場(chǎng)耦合來(lái)求解。

 首先使用CFD分析標(biāo)志因?yàn)轱L(fēng)力而在表面承受的壓強(qiáng)，再將材料數(shù)據(jù)與重力加載導(dǎo)入，并將標(biāo)志底座固定，進(jìn)行求解，從而完成一個(gè)完整的分析流程。

 下圖為位移圖和Pin/Bolt標(biāo)準(zhǔn)分析圖，兩者都標(biāo)示道路標(biāo)志在風(fēng)速為60mile/h時(shí)非常安全。

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