机械结构有限元分析（FEA）基础与应用（如 ANSYS, SolidWorks Simulation）(仿真验证设计)
机械结构有限元分析（FEA）是现代工程设计的 “虚拟实验室”，通过计算机仿真替代传统物理测试，精准预测零件在受力、温度等工况下的性能。这种方法能在制造前发现结构缺陷，降低研发成本。
FEA 的核心原理是 “化整为零”：将复杂零件分割成无数微小单元（如三角形、四面体），通过数学公式计算每个单元的受力状态，再整合得出整体结果。比如分析起重机吊臂时，软件会把吊臂拆分成数千个单元，模拟起吊重物时的形变与应力分布，找出可能断裂的薄弱点。
主流软件各有侧重。ANSYS 适合高精度工业级分析，能模拟极端工况（如高温高压下的管道强度），在航空航天领域应用广泛 —— 某飞机起落架设计中，用 ANSYS 仿真验证了不同材料在着陆冲击下的表现，比物理测试节省 60% 成本。SolidWorks Simulation 则更易上手，与三维建模无缝衔接，适合中小型企业。设计师画好齿轮模型后，可直接调用仿真模块，测试齿面接触应力，避免因强度不足导致断裂。
应用流程分三步：先建立简化模型（忽略无关细节，如小孔、倒角）；再设置边界条件（固定轴承位置，施加扭矩或压力）；最后运行分析并解读结果。红色区域代表应力过高，需加厚材料或优化结构，绿色区域则说明强度冗余，可轻量化设计。某汽车连杆设计中，通过 FEA 将重量减轻 15%，同时保证强度达标。
FEA 让机械设计从 “经验主义” 走向 “数据驱动”，是提升产品可靠性的关键技术。
