【模具工程】Dynaform其實就在生活中——無處不在的CAE分析

2016-10-04  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網

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容前的準備,講述了在設計時CAE所處的地位,考慮的方法,在設計時怎樣來利用CAE,以及講述了它的歷史背景和有關的預備知識。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構分析作為例子。所取的范圍是應力分析,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。同時對有關的專用術語的概念也進行了說明。

●應力是什么?

對一個產品或結構施加載荷的話,結構在變形的同時其內部會產生應力和應變。

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,而一般的產品和結構,大多數(shù)是用鐵和鋁等等硬性材料制成的,變形非常小,用肉眼來確認它的變形就很困難了。

應力是結構對載荷抵抗所產生的力。用單位面積的力來表示。此應力是判斷產品與結構破壞(損壞)與否的重要指標。應力=載荷/剖面面積,載荷除以剖面面積得到應力。

應力小的時候在材料內部生成的抵抗力也小,不足以破壞材料。

應力=載荷/剖面面積。 載荷變大,應力變大,破壞了。 面積變小,應力變大,破壞了。

施加的載荷一起作用,產品或結構內部就產生了抵抗力,也即產生了應力。

一般結構的形狀非常復雜,根據(jù)施加載荷的種類,應力也不一樣。有大應力,小應力,有壓應力,拉應力等等各種應力。

因為應力一大,就要損壞物體,所以設計時不能使應力大于某個值。為此,在事前,有必要知道應力的數(shù)值。

●這些地方可用到應力分析!

裝調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遠地容易撕開,這是在日常生活中常有的經驗。

這是因為,在切口的部分應力集中,即使用同樣的力,因為在切口部分應力大了,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的應力,這個例子反過來很好地利用了應力來破壞物體。

總之,象這樣求應力集中的程度或求應力的值,這就是應力分析。

●變形不能忽視!

應力分析在求應力的同時也能夠求產品和結構的變形。應力的大小對判斷產品和結構是否損壞很重要,而即使產品沒有破壞,但因為過大的變形,而破壞了產品的功能和性能。在這個問題中寧可利用變形的結果而不用應力進行設計尤為重要。

例如:因為產品的重量而引起地面變形,使地面起不到支撐功能。對于結構有時候它的變形量要防止超過結構跨距的千分之一長,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。

●在此時要用應力分析!

到底在什么情況下要用CAE來求應力(或者變形和應變)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力和變形。但是在產品形狀復雜的時候用CAE就相當?shù)姆奖懔恕Ｗ屛覀兿葋砜紤]一下,應力和結構形狀及載荷的關系。

備注:首先,考慮有關[復雜的和簡單的]兩種情況

◇結構和載荷都是簡單的情況

◇結構形狀稍稍復雜的情況

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力就會變大。

對于這種形狀,應力則集中在孔的周圍。這種現(xiàn)象稱為應力集中。

◇結構形狀和載荷都是復雜的情況

大多數(shù)的產品和結構都是這種情況,對于具有復雜形狀的結構和機械施加載荷,則會產生復雜的應力分布和變形。

●靈活應用應力分析的例子!

高層建筑和塔建筑等等的結構往往使用CAE進行結構的抗震抗風設計。

◇高層建筑

高層建筑的樓層面積越接近地面設計得越大。

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。

在當時設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用高效率設計的主流。

◇樹干

樹根粗樹端細。

樹干的形狀對于抗風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人類制造出的事物為什么總能找出相同的地方。其實,自然界已經在靈活應用CAE技術了!?難道不是這樣嗎!?

當然自然界并不是真的使用CAE技術,而是經過長年累月形成了合理的形狀。

而我們的設計卻不能花費這么長的時間。

我們不能讓我們從設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,因而是一種能夠實現(xiàn)快速而高質量設計的全新的工具。

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