“有限元分析通用规则”国家标准正式发布

“有限元分析通用规则”国家标准正式发布

 

 

一、   开栏语

“世界强国的兴衰史和中华民族的奋斗史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。”制造业作为国民经济的主体，是科技创新的主战场，是立国之本、兴国之器、强国之基。研发型制造企业只有将产品综合设计和系统仿真提到战略性高度，结合系统工程和企业运行要求，形成规范的复杂产品研发体系模型，才能真正在助力“中国制造2025”，站在行业的最前沿。这就意味着，企业需要构建一套科学且行之有效的仿真体系。从一定意义上来说，仿真技术实则是中国制造业的未来。

有限元法，是仿真分析的最主要方法，求解问题包罗万象，几乎覆盖各个学科及各个工程领域。仿真技术，其目标是不断改善面向问题、面向用户的模块描述能力和对模型实验的功能。其在机械领域广泛应用，能够有效改进和优化设计方案，促进机械产业的稳健发展；同时，也为经济发展和结构转型带来新机遇，助力实现《中国制造2025》。

 

二、国标的制定及内容

国家标准是指经由国家标准化主管机构批准并公告的文件，除国家法律法规规定强制执行的标准以外，具有推荐意义。《中华人民共和国标准化法》将中国标准分为国家标准、行业标准、地方标准(DB)、企业标准(Q/)四级。此次湃睿科技主导制定的是最高级国家标准，由全国技术产品文件标准化技术委员会提出并归口。

《机械产品结构有限元力学分析通用规则》的编制任务来源于国家标准《机械产品结构有限元力学分析通则》的制定任务，由全国技术产品文件标准化技术委员会提出，并于2013年列入国家标准制、修订计划。按照国家标准管理委员会的任务要求，该项目研制周期为2013年11月~2015年12月（为期2年），要求2015年12月底前完成标准的报批稿。

据介绍，该项国家标准全称《机械产品结构有限元力学分析通用规则》，规定了用于机械产品结构有限元力学分析的术语和定义、范围、类型、流程、一般要求、规则、分析类型、结果评估及输出、报告编写、单位系统等。

1、通则编制过程

1.1 编制原则

机械产品结构有限元力学分析往往与具体的软件操作密切相关，但是，目前不同的有限元分析软件在操作流程和命令方面都不尽相同。因此，本标准并未基于某一特定的软件平台来编写，而是从不同的有限元分析软件操作流程和方法中总结和提炼出需要共同遵守的规则和技术点。

1.2 工作分工

任务下达以后，全国技术产品文件标准化技术委员会根据该国家标准制定任务的具体要求，通过公开征集、择优选择等方式，于2013年11月成立了标准起草工作组（以下简称“工作组”）。工作组的专家主要来自中国电子科技集团公司第三十八研究所、上海湃睿信息科技有限公司等多家制造业企业，涉及产品有限元仿真、开发和技术咨询。

2、调研和分析工作的情况

2.1 调研国家、行业有关标准

为了较好把握本标准编写的重点和难点，工作组对与该标准有关的现有标准进行了调研和比较，主要包括《GB/T 31054-2014 机械产品计算机辅助工程 有限元数值计算 术语》等。

2.2 调研机械产品行业结构有限元力学分析研究与应用情况

通过实地考察和查询等方式，进行了广泛的调研工作，走访了机械产品行业重点单位，了解了这些单位在机械产品结构有限元力学分析流程、软件工具等方面的基本情况。机械产品结构有限元力学分析技术在大量推广和应用的同时，存在一些突出的问题。例如不同工程师对仿真分析中的模型命名、简化原则和模型检查等方面存在明显的差异，加上人为主观因素干预等等诸多因素造成各个工程师之间仿真分析自称体系、相互隔离，导致仿真分析结果只能成为设计中形式化的工具，甚至可能误导决策。这些都制约了机械产品结构有限元力学分析技术水平的发展。要解决这些问题，只有制定统一适用的标准，对机械产品结构有限元力学分析建模的命名规则、网格划分方法等做出系统性规定，促进仿真分析技术水平的提高，从而实现机械产品结构设计水平的提升。

 

三、主要技术内容的说明

编制完成后的《机械产品结构有限元力学分析通用规则》为机械产品结构设计和分析人员提供有限元力学仿真分析的标准指南。通过对机械产品结构有限元仿真建模方法、内容以及评估的规范定义，实现机械产品结构有限元力学分析模型的高度完整性、高可靠性和高重用性。有效保障和促进机械产品有限元分析的正确、高速发展，为机械产品结构设计规范、流程规范和质量规范提供切实可行的技术支撑，提高机械产品结构设计的高可靠性和自主创新能力，降低设计风险其主要技术内容说明如下：

1、术语和定义

以机械产品为对象，针对结构有限元力学分析建模过程，确定了机械产品结构有限元力学分析建模的术语。这些术语包括有限元建模、材料属性、边界条件、应力集中、单元、零维单元、一维单元、二维单元、三维单元、质量单元、弹簧单元、节点、杆、梁、板/壳、实体、高阶单元、低阶单元、约束、位移、载荷、强度、刚度、结构静力学分析、结构动力学分析、长宽比、长细比、翘曲度、偏斜度、内角、几何非线性和材料非线性。

2、范围

本标准规定了机械产品结构有限元力学分析的类型、流程、一般要求、模型建立规则、有限元分析（简称“分析”）、结果评估、结果输出、报告编写。

本标准适用于机械产品结构的有限元力学分析。

3、有限元分析类型

对机械产品结构有限元力学分析的分析类型进行了规定。

4、有限元分析的流程

对机械产品结构有限元力学分析流程进行了规定。

机械产品结构有限元力学分析常用流程图

5、一般要求

对机械产品结构有限元力学分析时模型简化、单元类型选择、网格划分、计算方法选择等内容等进行了规定。

6、有限元模型建立规则

借鉴了国家标准中的部分规定，同时也提炼了有限元分析工程师应用有限元软件的经验，对机械产品有限元分析中，有限元模型的建立进行了规定。

7、有限元分析

将机械产品结构有限元力学分析分成静力学分析与动力学分析两类，并分别对其分析方法进行了规定。其中，动力学分析分为：模态分析、谐响应分析、谱分析及瞬态动力学分析。

8、有限元分析结果评估

对机械产品结构有限元力学分析结果的评估方法及方法选择进行了规定。

9、有限元结果输出

对机械产品结构有限元力学分析结果的输出进行了规定。结果输出分为：静力学分析、模态分析、谐响应分析、谱分析以及瞬态动力学分析。

10、分析报告编写

对机械产品结构有限元力学分析报告的内容及编写方法进行了规定等。

单位系统

 

四、结束语

眼下，中国工业领域正不断践行《中国制造2025》行动纲领，推动传统制造业的转型升级和健康稳定发展。湃睿科技此次成功制定机械产品制造方面的国家标准，无疑助力了我国制造业的跨越发展。主导制定出“机械产品结构有限元力学分析通用规则”国家标准，与其在仿真领域深厚的客户积累及行业定位是密不可分的。

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