有限元法就是將連續(xù)求解區(qū)域離散為一組有限個(gè)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(jìn)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(jìn)行力學(xué)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(fù)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(xué)、現(xiàn)代力學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)等多種科學(xué)，最初應(yīng)用于工程科學(xué)技術(shù)，主要用來模擬并且解決工程力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等物理問題，后來逐漸應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、汽車及特種裝備制造等領(lǐng)域。

隨著復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，有限元分析在高性能復(fù)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(fù)合材料本身是由基體、增強(qiáng)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(xué)的依據(jù)，如果沒有對成品進(jìn)行實(shí)地檢測，是無法對復(fù)合材料產(chǎn)品的性能準(zhǔn)確預(yù)知的；

其次，對于大型的高性能復(fù)合材料制品來說，因?yàn)樵习嘿F，工藝耗時(shí)多，制造成本非常高，即便是少量試樣的費(fèi)用也是不菲的，如果能夠通過相應(yīng)的計(jì)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(fèi)用等前期的投入意義重大；

再者，無論是對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)還是對后期的制造來說，有限元分析的介入可以為設(shè)計(jì)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(shí)間，以最佳的方案實(shí)現(xiàn)最理想的產(chǎn)品性能。

正因?yàn)橐陨蠋追矫娴膬?yōu)勢，有限元分析為高性能復(fù)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(fù)合材料為中心為諸多高端產(chǎn)品領(lǐng)域提供復(fù)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(xué)依據(jù)性的產(chǎn)品制造方案。在一款復(fù)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(fù)合材料管的模量要達(dá)到83000MPa，泊松比0.3，密度為1.8125t/m3，因?yàn)槌叽巛^大，但是復(fù)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(shí)驗(yàn)，對殼體的拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、抗疲勞等不同情況進(jìn)行模擬，求解在不同實(shí)驗(yàn)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(jì)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(fù)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(shí)際情況來看，有限元分析法更多的是在實(shí)驗(yàn)室或者高端產(chǎn)品領(lǐng)域應(yīng)用，在絕大多數(shù)的復(fù)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(fù)合材料行業(yè)借力計(jì)算機(jī)科學(xué)、力學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)等科學(xué)提供有效范例。

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