有限元分析及应用(有限元经典例子)
模拟确保设计。有限元分析方法在无人机振动分析设计中的应用
在工业4.0的背景下，智能制造的时代已经悄然到来。为了提高效率和降低成本，在产品设计之初就可以准确预测产品的技术性能，有限元分析方法在智能制造时代发挥着越来越重要的作用。
有限元法出现于20世纪50年代末，是一种求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。有限元分析方法的求解思路是将复杂的问题区域离散化，划分成多个子区域，然后对每个子区域进行求解得到近似解，再通过变差使误差函数达到最小值，进而得到整个问题区域的近似解。最初，它主要用于解决飞机结构的静态和动态特性。随后，应用范围迅速扩大到热力学、电磁学、流体力学等。以及持续的物理问题。
接下来就以无人机振动有限元分析为例，看元王CAE仿真如何验证无人机机身及机翼等部件的结构强度是否满足设计要求。
FEA模型
分析条件
分析条件：
无人机前后电机约束固定，对整机施加1g加速度激励(激励施加到约束定点，从定点传递到整机)进行振动分析，如下图，分别模拟X、Y、Z方向。
分析结果
分析结果（振动，X方向）
分析结果（振动，Y方向）
分析结果（振动，Z方向）
结论
1g加速度激励下的无人机振动分析表明，前后翼、机身和连接部件的最大等效应力低于所用材料的屈服应力，连接可靠，无屈服失效风险。
有限元分析方法已经从解决产品设计和生产过程中单一问题的工具逐步发展到产品生命周期仿真和优化设计的平台，从产品概念设计开始，到产品详细设计、产品生产过程设计和产品运行过程监控与仿真。
在无人机结构设计中，从方案设计到结构细节设计，从静力学分析到结构动力学分析，从结构工艺设计到疲劳寿命预测，有限元方法已经渗透到无人机结构设计的各个方面，可以总结如下：
1总体方案设计阶段
无人机总体方案设计初期，需要快速计算验证和迭代改进，最终确定满足设计要求的总体结构方案。此时，通过有限元方法对简化后的整体结构模型进行验证，可以快速获得计算结果，验证方案的可行性。
2细节结构设计阶段
利用有限元方法，对无人机结构进行静力学计算、模态分析、动态响应分析、结构热变形和热应力分析等。结构设计人员可以快速了解所设计无人机详细结构的可行性，并进行迭代优化设计。
3结构工艺成型设计阶段
在此阶段，无人机结构工艺方案可以通过现成的有限元软件进行设计。尤其是机身内有复合材料结构件的无人机，复合材料零件工艺方案的设计将直接影响无人机的整体性能。
以复合材料结构件成型过程中的树脂传递模塑(RTM)成型工艺为例，大型结构件成型时提前进行树脂填充过程的有限元模拟，可以指导工艺设计人员合理布置树脂导管和树脂进出口，避免出现干斑。
复合材料船体结构RTM成形过程仿真
4后期力学实验阶段
由于无人机配备了各种传感器和电子设备，无人机的结构设计完成后，需要进行力学实验来验证整个结构。此时，对整个无人机进行有限元分析，可以预测无人机上各设备的机械环境，获得整个无人机及其设备在不同频率下的振动响应趋势。该信息对整个力学实验具有重要的参考价值。
5无人机使用维护阶段
关键部件的疲劳寿命预测和使用过程中局部损伤结构的损伤分析，可以使无人机维修人员提前发现潜在的危险并及时采取措施，从而使维修成本降低
