全自动型FEM系统在工程应用中的局限

　　0 概述

　　工程结构分析中的有限元方法己渗透到了各个工程领域，它不仅可以计算静力学模型，而且可以求解动力学模型;不仅可以求解固体力学问题，而且可以求解流体力学问题;不仅可以计算稳态温度场下的物体热力学响应，而且可以处理非稳态热源下的时间响应，以及电磁场等各方面的力学问题。无论是高层楼房、桥梁等建筑物或是飞机、轮船等运载工具，无论是刚性结构件或是如轮胎、封条等弹性橡胶零件，都可以用有限元方法分析其受载变形过程、寻求其结构的薄弱环节，模拟其振动相应或温度场、热变形等等，工程结构的有限元分析己作为设计阶段不可缺少的工具，起着影响产品尺寸、重量、成本、性能的作用，在产品设计中得到日益广泛的重视。采用工程结构的有限元分析具有以下几方面优点:(1)提高产品性能和质量;(2)在制作样品前就可使设计者对产品机械性能有所了解，加快产品开发步伐，加快产品上市时间;(3)减轻产品重量，实现产品结构的最优材料搭配;(4)降低产品开发费用、降低生产成本，增加产品在国际市场上的竞争力(对于设备上关键零部件、大型结构件等性能参数的说明是产品介绍的必需内容)。

　　现在，满足各种工程结构分析需求的有限元分析系统屡见不鲜，但是，由于我国工科教育中，许多专业(如机械制造专业)并没有把有限元方法作为必修课，由于我国较多的中小企业工程技术人员对工程结构的有限元分析缺乏经验和理论基础，在进行软件系统选型、产品结构建模、边界条件处理等方面还存在着许多模糊认识，致使这一有力工具的效益没有得到很好地发挥。

　　1 全自动型FEM系统的特征

　　众所周知，“有限元”方法包含着两层含义:(1)“有限”，指的是无论分析系统多么复杂，总可以将此系统离散为可数的基本特征模型(亦即单元模型);(2)“元”，指单元，也即从基本力法、或基本位移法、或相似位移法、或直接刚度法、或混合方法等推导的满足一定平衡关系和边界条件的基本结构元。可以说:由于工程结构的千变万化的需求，目前在“元”方面的发展仍在继续、适于特定结构、工况分析需求的单元层出不穷，这为产品的质量设计、性能设计提供了有效的支撑环境。

　　但是，由于积累了多种有限元模型(即“元”的种类)的大型分析系统价格较高，对使用者的知识背景有一定要求，建模过程较为复杂，所以，在一些中小企业推广这种系统有一定难度。国内外众多软件开发商瞄准了这一空缺，相继开发了标识为全自动的有限元分析系统，这类系统有一定的优点和适用场合，但如果使用者对这类系统没有完整的认识，势必走入误区，对企业的产品开发造成一定不利影响，甚至产生危害。