將運(yùn)動(dòng)模擬與FEA結(jié)合使用

要想懂得運(yùn)動(dòng)模擬和FEA在機(jī)構(gòu)模擬中如何結(jié)合使用，了解每種工具的基本假設(shè)會(huì)對(duì)您有所幫助。

FEA是一種用于結(jié)構(gòu)分析的數(shù)字技術(shù)，已經(jīng)成為研究結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)CAE方法。它可以分析任何固定支撐的彈性物體的行為，如圖13中所示的托架。此處彈性是指物體可變形。如果應(yīng)用靜態(tài)載荷，拖架會(huì)變成新的變形形狀，之后將不再變化。如果應(yīng)用動(dòng)態(tài)載荷，拖架會(huì)圍繞平衡位置振動(dòng)。FEA可以研究應(yīng)用靜態(tài)或動(dòng)態(tài)載荷情況下拖架的位移、應(yīng)變、應(yīng)力和振動(dòng)。

圖13固定支撐的拖架只能變形，不能移動(dòng)。

相反，局部支撐的物體，如拖架上鉸接的調(diào)速輪（圖14），可以旋轉(zhuǎn)而無(wú)須變形。調(diào)速輪可像剛性實(shí)體那樣移動(dòng)，因而該設(shè)備屬于機(jī)構(gòu)，而非結(jié)構(gòu)。我們將使用運(yùn)動(dòng)模擬來(lái)研究調(diào)速輪的運(yùn)動(dòng)。如果將調(diào)速輪視為剛性實(shí)體，則無(wú)法計(jì)算應(yīng)變和應(yīng)力（詳細(xì)信息請(qǐng)參閱附錄1）。

圖14調(diào)速輪作為剛性實(shí)體圍繞將其連接到基體的鉸鏈旋轉(zhuǎn)（上圖）。由于存在剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng)（下圖），因此將此設(shè)備歸類為機(jī)構(gòu)。

乍一看，結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)之間的差異可能并不太明顯，如圖15所示的兩個(gè)設(shè)備。它們都有兩個(gè)通過(guò)鉸鏈連接到不可移動(dòng)基體的擺動(dòng)桿。右邊的設(shè)備使用彈簧將擺動(dòng)桿與基體連接到了一起。沒(méi)有彈簧的設(shè)備屬于機(jī)構(gòu)，因?yàn)槠鋽[動(dòng)桿不能自由旋轉(zhuǎn)。不論是圍繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)還是圍繞平衡位置來(lái)回?cái)[動(dòng)，在擺動(dòng)桿移動(dòng)過(guò)程中，此設(shè)備的任何零件都無(wú)須變形。擺動(dòng)桿顯示的是剛性實(shí)體運(yùn)動(dòng)，因此將左邊的設(shè)備歸類為機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)人員可以使用運(yùn)動(dòng)模擬來(lái)研究其運(yùn)動(dòng)。

圖15左邊的擺動(dòng)桿可進(jìn)行移動(dòng)，而不會(huì)發(fā)生變形，因而屬于機(jī)構(gòu)。右邊的擺動(dòng)桿在進(jìn)行任何移動(dòng)時(shí)都會(huì)使彈簧變形，因而屬于結(jié)構(gòu)。

添加彈簧會(huì)更改設(shè)備的性質(zhì)，這是因?yàn)樘砑訌椈珊髷[動(dòng)桿就不能在彈簧不發(fā)生變形的情況下進(jìn)行移動(dòng)了。擺動(dòng)桿連續(xù)運(yùn)動(dòng)的唯一一種可能形式是圍繞平衡位置來(lái)回?cái)[動(dòng)。擺動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生彈簧變形，因此右邊的設(shè)備應(yīng)歸類為結(jié)構(gòu)。FEA可以分析擺動(dòng)桿振動(dòng)，并且如有必要，還可以計(jì)算彈簧和其他視為彈性實(shí)體的零部件的應(yīng)變和應(yīng)力（請(qǐng)參閱附錄2以了解有關(guān)運(yùn)動(dòng)模擬和FEA之間差異的更多信息）。