有限元分析FEA和計算流體動力學CFD的區別與聯系

 眾所周知，FEA指的是FiniteElementAnalysis，即有限元分析；而CFD指的是ComputationalFluidDynamics，即計算流體動力學。通常我們會簡化并將FEA歸類為分析結構設計中的強度與位移，將CFD歸類為分析設計中的流體流動。

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 為便于理解，有限元科技小編對有限元分析FEA和CFD分別進行實例說明。

 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，多久會到達其彈性極限？

 下圖為典型的位移分布圖，顯示當貨物重量達到100kg時，貨架的前部變形大約1mm。

 下圖為安全系數圖，表示此時貨架支撐桿上的應力處理安全狀態。

 CFD

 下圖所示，當熱水通過一個處于空氣環境中的熱交換器時，水溫會下降多少？

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

 FEA和CFD

 FEA與CFD之間有著巨大的差別，不管是問題類型還是求解算法，都能明顯區別開來。但是，在現實情況中卻有著大量的問題需要FEA與CFD同時去分析。

 例如在FEA模型中，貨架是包圍在空氣中，而空氣是作為一個流體而存在的；在CFD模型中，熱交換器可能會因為水流發生結構上的變化，這就需要FEA技術來分析。

 因此，在許多情況中，我們需要建立耦合物理場來分析問題。

 多物理場

 下圖為高速公路道路標志，其在重力與風力的共同作用下會發生怎樣的變形呢？

 對于變形問題，我們可能首先想到用FEA技術去分析，但是風力的加載問題卻很難解決，這就需要引入多物理場耦合來求解。

 首先使用CFD分析標志因為風力而在表面承受的壓強，再將材料數據與重力加載導入，并將標志底座固定，進行求解，從而完成一個完整的分析流程。

 下圖為位移圖和Pin/Bolt標準分析圖，兩者都標示道路標志在風速為60mile/h時非常安全。

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