第1部CAE总体概貌..doc

第1部 CAE总体概貌 第一部分是作为进入有限元法内容前的准备，讲述了在设计时CAE所处的地位，考虑的方法，在设计时怎样来利用CAE，以及讲述了它的历史背景和有关的预备知识。 ?对于立即想进入有限元法的读者可以跳过这一章，但是建议你不妨以后回过头来再把这一章读一读。被认为像黑匣子（BLACK BOX）一样的有限元法，让我们现在一点点地走近它吧。 ? 　 1．可用CAE来解决的一些现象 对于想了解CAE可以用在什么场合什么地方的读者请阅读这一章。 对于想了解应力，固有频率和屈曲是怎么回事的读者也请阅读这一章。 本书对“CAE”这个术语仅指用有限元法对结构进行分析而言。? 利用CAE所进行分析的范围是很广泛的。 这里我们从中选取使用频率比较高的结构分析作为例子。 所取的范围是应力分析，屈曲分析和固有震动分析。本教材第二部分将会详细地说明它的模型化过程以及评价过程。 ? 并且我们将用身边的例子反复地来说明怎样的现象可用CAE来求解，怎样的场合可用CAE来分析。 同时对有关的专用术语的概念也进行了说明。 1.1 应力分析和应力 ●应力是什么？ 对一个产品或结构施加载荷的话，结构在变形的同时其内部会产生应力和应变。 对橡皮绳，吊鱼竿或者弓等等，施加一个力，则就能非常清楚地看到它的变形，而一般的产品和结构，大多数是用铁和铝等等硬性材料制成的，变形非常小，用肉眼来确认它的变形就很困难了。 　 橡皮绳的伸缩 弦的震动 吊鱼竿的弯曲 　 应力是结构对载荷抵抗所产生的力。用单位面积的力来表示。 此应力是判断产品与结构破坏（损坏）与否的重要指标。 　 　 应力=载荷/剖面面积 载荷除以剖面面积得到应力。 应力小的时候在材料内部生成的抵抗力也小，不足以破坏材料。 　 　 载荷变大 　 应力变大，破坏了 面积变小 应力变大，破坏了。 　 施加的载荷一起作用，产品或结构内部就产生了抵抗力，也即产生了应力。一般结构的形状非常复杂，根据施加载荷的种类，应力也不一样。有大应力，小应力，或压应力，拉应力等等各种应力。 因为应力一大，就要损坏物体，所以设计时不能使应力大于某个值。 为此，在事前，有必要知道应力的数值。 ? ●这些地方可用到应力分析？！ 装调味品的塑料袋和水果袋都留有切口，从缺口处就很容易撕开袋子。 ?有切口的袋子比没有切口的袋子要远远地容易撕开，这是在日常生活中常有的经验。 这是因为，在切口的部分应力集中，即使用同样的力，因为在切口部分应力大了，所以就容易撕开。 　 　 　 在袋上留有开口，则在切口处应力集中，口袋也容易撕开。 前一个例子说明，为了避免破损物体而利用了作为破坏指标的应力，这个例子反过来很好地利用了应力来破坏物体。 总之，象这样求应力集中的程度或求应力的值，这就是应力分析。 ? ●变形不能忽视！ 应力分析在求应力的同时也能够求产品和结构的变形。 应力的大小对判断产品和结构是否损坏很重要，而即使产品没有破坏，但因为过大的变形，而破坏了产品的功能和性能。 ?在这个问题中宁可利用变形的结果而不用应力进行设计尤为重要。 ? 例如 因为产品的重量而引起地面变形，使地面起不到支撑功能。 对于结构有时候它的变形量要防止超过结构跨距的千分之一长 ?电动机的轴过大的变形就要与外壳接触了。 机械零件在设计时要避开因变形而和其他零件接触和干涉。 ? 塑料制品由于金属模具的变形产生了毛刺，而造成了次品。 此时由于成型时喷出的压力，引起金属本身变形，因此就在阴模和阳模接触部分发生了间隙的原因。 ? ? 应力分析不仅仅能求出“应力”，同时也能求出“变形”。 变形也是重要的设计问题之一。 　●在此时要用应力分析！ 到底在什么情况下要用CAE来求应力（或者变形和应变）呢？ ? 在简单的形状下即使不用CAE由公式或近似公式也能求出应力和变形。 ? 但是在产品形状复杂的时候用CAE就相当的方便了。 ? 让我们先来考虑一下，应力和结构形状及载荷的关系。 ? 备注： 首先，考虑有关[复杂的和简单的]两种情况 ? ◇结构和载荷都是简单的情况 ? 拉伸一直径和剖面面积都一样的棒，则产生一样的应力和变形。 　 即使不用CAE根据材料力学的理论公式也能算出应力和变形。 ? 　 　 ? 理论公式在设计上进行预测相当便利。 ? 本例中，我们很容易明白应力是和板厚成反比的，即板越厚应力越小。 　 　 ? 　 ◇结构形状稍稍复杂的情况 ? 拉伸一具有圆孔的平板或具有台阶的圆棒，在孔的周围或台阶附近应力就会变大。 ? 　  拉伸 对于这种形状，应力则集中在孔的周围。 这