有限元法就是将连续求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互联结在一起的单元组合体。由于单元能按不同的联结方式进行组合，且单元本身又可以有不同的形状，因此可以模拟成不同几何形状的求解小区域，然后对单元，即小区域进行力学分析，最后再整体分析。这种化整为零、集零为整的方法非常适合应用于大型部件的性能分析，特别是对于过去用解析方法无法求解的问题或者边界条件及结构形状不规则的复杂问题，都是一种行之有效的分析方法。

有限元法综合利用了应用数学、现代力学及计算机科学等多种科学，最初应用于工程科学技术，主要用来模拟并且解决工程力学、热学、电磁学等物理问题，后来逐渐应用于生物医学、汽车及特种装备制造等领域。

随着复合材料产业的迅速发展，有限元分析在高性能复合材料应用中的作用愈发凸显。这是几方面原因造成的：

首先，复合材料本身是由基体、增强体及其它辅助材料构成，配比与制造工艺流程上的微小差别都会对制品的最终性能产生明显的影响，所以在材料性能的鉴定上没有统一而科学的依据，如果没有对成品进行实地检测，是无法对复合材料产品的性能准确预知的；

其次，对于大型的高性能复合材料制品来说，因为原料昂贵，工艺耗时多，制造成本非常高，即便是少量试样的费用也是不菲的，如果能够通过相应的计算方法提前获知产品的性能数据，那么这对于节省打样费用等前期的投入意义重大；

再者，无论是对产品的设计还是对后期的制造来说，有限元分析的介入可以为设计修正和制造优化提供有效的分析和建议，有助于缩短研发时间，以最佳的方案实现最理想的产品性能。

正因为以上几方面的优势，有限元分析为高性能复合材料应用领域所重视。我们无锡智上新材料科技有限公司以高性能碳纤维复合材料为中心为诸多高端产品领域提供复合材料配套产品服务，为了满足这些高端客户的需求，其积极引入了有限元分析法，通过这种方法为客户提供有科学依据性的产品制造方案。在一款复合材料炮管壳产品中，这种有限元分析法的作用显而易见：这款四分之一炮管壳，要求长度为747mm，钛管外径为45.5mm，铺层厚度为2.4mm，铺层重量为953g。复合材料管的模量要达到83000MPa，泊松比0.3，密度为1.8125t/m3，因为尺寸较大，但是复合材料的铺层重量又有明确限制，所以在产品性能的控制上就比较困难。

为此，我公司向客户推荐使用了有限元分析法，通过有限元仿真实验，对壳体的拉伸、弯曲、扭转、抗疲劳等不同情况进行模拟，求解在不同实验条件下任意部位的变形、应力、应变分布、内部能量变化及极限破坏情况。通过有限元分析法，不仅获得了最佳的铺层和制作方案，而且有力地证明了产品设计的可行性，增加了客户批量性生产的信心。类似的案例在推广后，不同领域的复合材料应用都得到了一定的助力与提升。

但是，从目前的实际情况来看，有限元分析法更多的是在实验室或者高端产品领域应用，在绝大多数的复合材料制品企业中应用罕见，无锡智上新材的成功应用将为复合材料行业借力计算机科学、力学、应用数学等科学提供有效范例。

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