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2016-10-04 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
Dynaform其實就在生活中——無處不在的CAE分析
第一部分是作為進入有限元法內(nèi)容前的準(zhǔn)備,講述了在設(shè)計時CAE所處的地位,考慮的方法,在設(shè)計時怎樣來利用CAE,以及講述了它的歷史背景和有關(guān)的預(yù)備知識。對于立即想進入有限元法的讀者可以跳過這一章,但是建議你不妨以后回過頭來再把這一章讀一讀。被認(rèn)為像黑匣子(BLACK BOX)一樣的有限元法,讓我們現(xiàn)在一點點地走近它吧。
利用CAE所進行分析的范圍是很廣泛的。這里我們從中選取使用頻率比較高的結(jié)構(gòu)分析作為例子。所取的范圍是應(yīng)力分析,屈曲分析和固有震動分析。本教材第二部分將會詳細(xì)地說明它的模型化過程以及評價過程。并且我們將用身邊的例子反復(fù)地來說明怎樣的現(xiàn)象可用CAE來求解,怎樣的場合可用CAE來分析。同時對有關(guān)的專用術(shù)語的概念也進行了說明。
●應(yīng)力是什么?
對一個產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)施加載荷的話,結(jié)構(gòu)在變形的同時其內(nèi)部會產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。
對橡皮繩,吊魚竿或者弓等等,施加一個力,就能非常清楚地看到它的變形,而一般的產(chǎn)品和結(jié)構(gòu),大多數(shù)是用鐵和鋁等等硬性材料制成的,變形非常小,用肉眼來確認(rèn)它的變形就很困難了。
應(yīng)力是結(jié)構(gòu)對載荷抵抗所產(chǎn)生的力。用單位面積的力來表示。此應(yīng)力是判斷產(chǎn)品與結(jié)構(gòu)破壞(損壞)與否的重要指標(biāo)。應(yīng)力=載荷/剖面面積,載荷除以剖面面積得到應(yīng)力。
應(yīng)力小的時候在材料內(nèi)部生成的抵抗力也小,不足以破壞材料。
應(yīng)力=載荷/剖面面積。 載荷變大,應(yīng)力變大,破壞了。 面積變小,應(yīng)力變大,破壞了。
施加的載荷一起作用,產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)內(nèi)部就產(chǎn)生了抵抗力,也即產(chǎn)生了應(yīng)力。
一般結(jié)構(gòu)的形狀非常復(fù)雜,根據(jù)施加載荷的種類,應(yīng)力也不一樣。有大應(yīng)力,小應(yīng)力,有壓應(yīng)力,拉應(yīng)力等等各種應(yīng)力。
因為應(yīng)力一大,就要損壞物體,所以設(shè)計時不能使應(yīng)力大于某個值。為此,在事前,有必要知道應(yīng)力的數(shù)值。
●這些地方可用到應(yīng)力分析!
裝調(diào)味品的塑料袋和水果袋都留有切口,從缺口處就很容易撕開袋子。
有切口的袋子比沒有切口的袋子要遠(yuǎn)遠(yuǎn)地容易撕開,這是在日常生活中常有的經(jīng)驗。
這是因為,在切口的部分應(yīng)力集中,即使用同樣的力,因為在切口部分應(yīng)力大了,所以就容易撕開。前一個例子說明,為了避免破損物體而利用了作為破壞指標(biāo)的應(yīng)力,這個例子反過來很好地利用了應(yīng)力來破壞物體。
總之,象這樣求應(yīng)力集中的程度或求應(yīng)力的值,這就是應(yīng)力分析。
●變形不能忽視!
應(yīng)力分析在求應(yīng)力的同時也能夠求產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的變形。應(yīng)力的大小對判斷產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)是否損壞很重要,而即使產(chǎn)品沒有破壞,但因為過大的變形,而破壞了產(chǎn)品的功能和性能。在這個問題中寧可利用變形的結(jié)果而不用應(yīng)力進行設(shè)計尤為重要。
例如:因為產(chǎn)品的重量而引起地面變形,使地面起不到支撐功能。對于結(jié)構(gòu)有時候它的變形量要防止超過結(jié)構(gòu)跨距的千分之一長,電動機的軸過大的變形就要與外殼接觸了。機械零件在設(shè)計時要避開因變形而和其他零件接觸和干涉。
塑料制品由于金屬模具的變形產(chǎn)生了毛刺,而造成了次品。此時由于成型時噴出的壓力,引起金屬本身變形,因此就在陰模和陽模接觸部分發(fā)生了間隙的原因。
●在此時要用應(yīng)力分析!
到底在什么情況下要用CAE來求應(yīng)力(或者變形和應(yīng)變)呢?在簡單的形狀下即使不用CAE由公式或近似公式也能求出應(yīng)力和變形。但是在產(chǎn)品形狀復(fù)雜的時候用CAE就相當(dāng)?shù)姆奖懔恕Ｗ屛覀兿葋砜紤]一下,應(yīng)力和結(jié)構(gòu)形狀及載荷的關(guān)系。
備注:首先,考慮有關(guān)[復(fù)雜的和簡單的]兩種情況
◇結(jié)構(gòu)和載荷都是簡單的情況
◇結(jié)構(gòu)形狀稍稍復(fù)雜的情況
拉伸一具有圓孔的平板或具有臺階的圓棒,在孔的周圍或臺階附近應(yīng)力就會變大。
對于這種形狀,應(yīng)力則集中在孔的周圍。這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。
◇結(jié)構(gòu)形狀和載荷都是復(fù)雜的情況
大多數(shù)的產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)都是這種情況,對于具有復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)和機械施加載荷,則會產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)力分布和變形。
●靈活應(yīng)用應(yīng)力分析的例子!
高層建筑和塔建筑等等的結(jié)構(gòu)往往使用CAE進行結(jié)構(gòu)的抗震抗風(fēng)設(shè)計。
◇高層建筑
高層建筑的樓層面積越接近地面設(shè)計得越大。
樓層面積沒有變化時,則將柱子的面積加大。
CAE對于校核大樓的形狀和它的強度是最有效的。
◇東京塔
越接近地面塔的截面積越大。
在當(dāng)時設(shè)計中用模型進行試驗是很有效的手段。
而今天,CAE則替代這樣的試驗成為一種靈活應(yīng)用高效率設(shè)計的主流。
◇樹干
樹根粗樹端細(xì)。
樹干的形狀對于抗風(fēng)抗地震這樣的外力非常合理。
并且看起來也具有穩(wěn)定感。
樹木之類也形成了合理的形狀。
自然界有些東西,即殘存至今的生物和我們?nèi)祟愔圃斐龅氖挛餅槭裁纯偰苷页鱿嗤牡胤?。其?自然界已經(jīng)在靈活應(yīng)用CAE技術(shù)了!?難道不是這樣嗎!?
當(dāng)然自然界并不是真的使用CAE技術(shù),而是經(jīng)過長年累月形成了合理的形狀。
而我們的設(shè)計卻不能花費這么長的時間。
我們不能讓我們從設(shè)計到造出東西要延續(xù)到我們的孫子,孫子的孫子這一代。
CAE,由于使用了計算機技術(shù),因而是一種能夠?qū)崿F(xiàn)快速而高質(zhì)量設(shè)計的全新的工具。
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