应用Ideas的仿真模块进行有限元分析的**步，是对三维模型进行预处理。模型预处理的好坏，将直接影响软件的计算速度、周期和计算结果的准确性。模型预处理的目的，是将3D设计的零件模型A处理为适合于有限元分析使用的模型B，为网格划分和边界条件的设置提供良好的基础。有限元3D模型A可以是Ideas软件系列中MasterModeler模块和MasterAssembly模块所生成的线，面，体。也可以是通过标准数据格式（IGES，VDA，SET）或是通过直接接口读取到的其他CAD系统的线框，面和实体几何等。这使得不同软件间可以顺利地实现数据交换，提高合作效率。

　　就网格划分的角度而言，模型预处理的方法有多种。其一为简化，即去除一些非重要部位的结构特征（Feature），如小的定位孔以及部分外形上的圆角等。因为这些特征的存在不影响分析的结果，但它们的存在增加了网格数目，浪费了分析计算资源。其二为增加，在一些重要部位可以通过使用体分割功能（Partition）增加一个或多个几何体来控制增加网格密度，这样可以合理地安排网格的密度分布，零件的大部分部位划分有较大密度的网格，重要部位则划分有精密的网格。其三为整理，一些在3D造型中生成的不适合于网格划分的面与体也需要进行整理，例如，小于0.1mm的短边和小于0.01mm 2的微小面积区域需得到绝对重视，通常这些不理想的面与体在之后的网格划分中会造成网格划分的失败或是得到非常不理想的网格。失败的网格划分造成分析的中断，而不理想的网格虽然可以使分析继续，但其结果没有实际价值。其他还有一些技巧，如面的处理等等，在此不作详述。

　　就边界条件设置的角度而言，一个零件的受力情况可能是多种多样的。但原先的3D模型A上没有合适或足够的接触面来承载这些不同的边界条件，所以，有时需要用表面分离等功能为零件准备接触面等。

　　在本实例中，端盖被划分为4个子体积以便进行网格的划分。另外，在连接轴承处也预备了接触面以便边界条件的设置。

　　生成能够描述结构刚度特性的网格通常是有限元建模过程中十分耗时、费力的工作，所以，对单元类型的选择和合适的网格密度以保证计算结果的有效和准确是有限元分析“艺术”的必要部分。在Ideas软件的仿真模块中的网格功能区，MasterFEM能够在曲面和几何实体上生成用户可控制的分布网格，合理的网格划分是分析结果正确性的保证。

　　通常，单元数目可以是百万计。尽管单元数目越多，代表网格划分越细，也保证了计算结果更精密。但是单元的数目需与硬件设施相匹配，也需要从实际情况出发并要对重要的部位实施以更细的网格划分。

　　将模型B进行网格划分即是得到离散模型的有关数据的过程。离散模型的数据包括节点数，节点编码、节点坐标和由节点组成单元的数据，如单元节点编码等。单元类型和形状的选择依赖于结构或总体求解域的几何特点，方程的类型及求解所希望的精度等因素。有限元单元从形状上分为一维，二维和三维等。二维单元可以是三角形及矩形等。

　　三维单元可以是四面体，五面体，长方体等。对于只满足C0连续性的单元，其二次变化必须在角与结点之间的边界上适当配置一个边内结点以形成二次单元；如果边插入二个内结点，则形成三次或更高次的单元；曲面可由不限数目的曲线定义，实体则由不限数目的面构成。

　　在实际应用中就成本与精度考虑，二次单元是*常用的一种单元形式。

　　Ideas的MasterFEM丰富的单元库提供了50多种单元，其中包括线性、二次形式地壳和实体单元、轴对称壳和实体单元、梁、杆、弹簧、阻尼、质量和间隙单元等。梁的截面属性可以是内置的标准截面，也可以用MasterModeler中用户定义的线框截面来定义FEM中的梁截面。作者曾经运用梁截面对轴进行变形分析，以确定新的设计是否造成周端圈泄漏。对于这种分析，运用梁截面能够以较少的单元得到更为精确的结果。

　　网格生成的方式有两种，即手动和自动两种方式。对于一个特定的模型，网格的自动和手工划分方法可以混合使用，从而使生成网格更有效。在本实例中，对端盖的重要结构部位，如腰形孔内腔的转角处，通常也是应力*高集中处预先手动预置了更细的二维单元网格。目的是使得随后的自动化分在这些区域能保持较细的网格类型。有时，自动网格划分会出现各种错误，如单元节点不匹配，某些面不能被划分等，这时就需要重新考虑面单元的布置。有时，需利用这些参数扭曲度、纵横比、伸长度等对三维网格的质量进行检测，目的是保证单元不会超出限定值并获得精确的结果。三维网格的划分需要迭代进行数次，才能将模型B划分成理想的有限元模型。

　　对于本例中端盖的网格划分，由于事先划分了4个子体积，并在重要的部分如腰形孔中的“桥”的结构处设置了更细密的网格，因而通过*终的网格质量的监测，得到成功的网格划分结果。共产生了315922个结点以及204312个单元（见图2）。

　　Ideas软件仿真模块中的边界条件功能区，提供了广泛的能力来模拟实际的工作情况，如载荷和边界条件的设置。

　　详细而言。其一，载荷可以定义在和几何相关的点、边、曲线、面或区域上。如（1）独立于网格但可以根据用户需要施加到节点和单元上；（2）采用数学表达式的函数载荷；（3）匹配到所定义点的表面。约束可定义在和几何相关的点、边、曲线、面或区域上。其二，直接利用的标准约束有销、滑移和球铰等。其三，可设置的结构载荷包括节点力和温度；单元面和边压力；加速度；环境和参考温度。其四，非线性载荷可以是离散的表格输入或是以函数表示。

　　这通过Datasurface功能来实现的，本端盖与配流盘的接触面上分别的是非线性载荷。其非线性载荷是根据实际情况通过两种类型设置的。

　　基于几何的载荷和约束的相关性，在设计发生变化时仍能维持。这点对于实际的产品设计有很大作用。这是因为在产品开发阶段，一个零件可以有多种设计方案，然而各种方案之间差别不会很大。

　　如果每个设计方案都要求从头做有限元分析是很费时间的。利用这个功能，即使设计有所改动，当3D模型更新后，基于模型B的网格划分就会自动更新，而且设置的载荷与边界条件也可保持不变。这样就避免了重复劳动，节省了很多分析时间，从而提高了分析效率。另外，软件提供的按比例地显示图形的功能，方便于验证载荷和边界条件。

　　为整个端盖的载荷与边界条件的设置情况。在高低压腔内分别设置了压力，在配流盘的接触面设置了非线性载荷；用以上设置模拟液压油流入和流出腰形孔时在端盖端面造成的压力分布。端盖与壳体由7个螺栓连接，在端盖的有限元模型中，端盖的自由度由这7个孔的约束控制。

　　在Ideas软件的仿真模块中的后处理功能区，MasterFEM提供了广泛的图形显示和数据处理功能。

　　MasterFEM中的Visualizer能够快速地显示多个结果，并可以对结果进行打印，创建的结果能够以动态、渐进或光顺方式消隐和显示，可以转化为SGI、AVI和MPEG格式的文件，还能以切面、轮廓、单元和箭头的形式显示。

　　MasterFEM提供的后处理工具的专门功能，还包括通过对数学函数的用户自定义结果的计算，用于失效评估和其他结果评价等等。

　　本实例主要是分析计算端盖的受力分布以及变形情况。

　　根据计算结果显示，端盖的*大应力集中在腰形孔当中的连接桥的部位，局部*高应力值高达287MPa超过了材料的屈服强度。在此之前端盖的*初设计是没有连接桥结构的，增加桥部的目的是降低于腰形的圆角处的应力集中。经过此番分析发现，应力*大处由圆角处转移到连接桥的部位，而且值比先前更高，由此说明这一改动是不合适的。