有限元法就是將連續(xù)求解區(qū)域離散為一組有限個且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元組合體。由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進行組合，且單元本身又可以有不同的形狀，因此可以模擬成不同幾何形狀的求解小區(qū)域，然后對單元，即小區(qū)域進行力學分析，最后再整體分析。這種化整為零、集零為整的方法非常適合應(yīng)用于大型部件的性能分析，特別是對于過去用解析方法無法求解的問題或者邊界條件及結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則的復雜問題，都是一種行之有效的分析方法。

有限元法綜合利用了應(yīng)用數(shù)學、現(xiàn)代力學及計算機科學等多種科學，最初應(yīng)用于工程科學技術(shù)，主要用來模擬并且解決工程力學、熱學、電磁學等物理問題，后來逐漸應(yīng)用于生物醫(yī)學、汽車及特種裝備制造等領(lǐng)域。

隨著復合材料產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，有限元分析在高性能復合材料應(yīng)用中的作用愈發(fā)凸顯。這是幾方面原因造成的：

首先，復合材料本身是由基體、增強體及其它輔助材料構(gòu)成，配比與制造工藝流程上的微小差別都會對制品的最終性能產(chǎn)生明顯的影響，所以在材料性能的鑒定上沒有統(tǒng)一而科學的依據(jù)，如果沒有對成品進行實地檢測，是無法對復合材料產(chǎn)品的性能準確預(yù)知的；

其次，對于大型的高性能復合材料制品來說，因為原料昂貴，工藝耗時多，制造成本非常高，即便是少量試樣的費用也是不菲的，如果能夠通過相應(yīng)的計算方法提前獲知產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)，那么這對于節(jié)省打樣費用等前期的投入意義重大；

再者，無論是對產(chǎn)品的設(shè)計還是對后期的制造來說，有限元分析的介入可以為設(shè)計修正和制造優(yōu)化提供有效的分析和建議，有助于縮短研發(fā)時間，以最佳的方案實現(xiàn)最理想的產(chǎn)品性能。

正因為以上幾方面的優(yōu)勢，有限元分析為高性能復合材料應(yīng)用領(lǐng)域所重視。我們無錫智上新材料科技有限公司以高性能碳纖維復合材料為中心為諸多高端產(chǎn)品領(lǐng)域提供復合材料配套產(chǎn)品服務(wù)，為了滿足這些高端客戶的需求，其積極引入了有限元分析法，通過這種方法為客戶提供有科學依據(jù)性的產(chǎn)品制造方案。在一款復合材料炮管殼產(chǎn)品中，這種有限元分析法的作用顯而易見：這款四分之一炮管殼，要求長度為747mm，鈦管外徑為45.5mm，鋪層厚度為2.4mm，鋪層重量為953g。復合材料管的模量要達到83000MPa，泊松比0.3，密度為1.8125t/m3，因為尺寸較大，但是復合材料的鋪層重量又有明確限制，所以在產(chǎn)品性能的控制上就比較困難。

為此，我公司向客戶推薦使用了有限元分析法，通過有限元仿真實驗，對殼體的拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、抗疲勞等不同情況進行模擬，求解在不同實驗條件下任意部位的變形、應(yīng)力、應(yīng)變分布、內(nèi)部能量變化及極限破壞情況。通過有限元分析法，不僅獲得了最佳的鋪層和制作方案，而且有力地證明了產(chǎn)品設(shè)計的可行性，增加了客戶批量性生產(chǎn)的信心。類似的案例在推廣后，不同領(lǐng)域的復合材料應(yīng)用都得到了一定的助力與提升。

但是，從目前的實際情況來看，有限元分析法更多的是在實驗室或者高端產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用，在絕大多數(shù)的復合材料制品企業(yè)中應(yīng)用罕見，無錫智上新材的成功應(yīng)用將為復合材料行業(yè)借力計算機科學、力學、應(yīng)用數(shù)學等科學提供有效范例。

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