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利用3D CAD能够实现的兼顾强度的机械设计

  • 2022.12.15 11:27:04
  • 米思米
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在3D机械设计中,虽然进行基本的强度计算,但是因强度不足原因出现的问题却并未消除。原因是未对每一个零件的强度都进行完美的计算。然而这并不是设计人员忘记了计算,而是无法计算。作为其对策,当使用3D CAD时,能够进行兼顾零件强度的机械设计。

 

利用3D CAD能够实现的兼顾强度的机械设计 什么是零件强度?

强度的定义是,材料具有的对变形和破坏的抵抗力。简言之,树脂零件能够用手弯曲,但同样形状的铁制零件却不能用手弯曲,故可以说它强度大。与机械设计相关学科有“材料力学”,而与强度相关的因素有“应力”和“应变”,还确立了它们的计算方法。

 

利用3D CAD能够实现的兼顾强度的机械设计 为什么无法计算强度?

对于构成机械的零件,只有少数能够完美地计算强度。诸如“齿轮”、“螺栓”、“梁”等。因为它们形状单纯,能够用材料力学公式简单计算。但是其他零件形状并不单纯,无法使用公式。因此设计人员都是凭借经验或直觉来推测强度,最后通过试制实验来验证推测是否正确。其结果是,每当推测错误时,就必须进行设计变更,从而延长了开发周期。

以下图为例说明,左侧的钣金零件由于形状单纯,能够使用公式计算,但是两个开孔的钣金零件就无法计算强度。那么,当在该零件的中央施加载荷时,有一个孔的零件和有两个孔的零件究竟哪个强度更大?
利用3D CAD能够实现的兼顾强度的机械设计

通常可以这样推测:孔少的零件面积大,强度就高,但果真如此吗?设计人员平时就是凭借经验或直觉进行这样的判断的。
现将实际的强度利用由CAE解析出的应力分布示出如下。
利用3D CAD能够实现的兼顾强度的机械设计

利用3D CAD能够实现的兼顾强度的机械设计

一个孔的钣金零件,其应力较大的深色部分较多,由此可知强度较低。这说明实际情况与推测结果恰恰相反。

 

利用3D CAD能够实现的兼顾强度的机械设计 利用3D CAD使强度可视化

凭借经验和直觉来研讨强度,就如同仅凭面对面诊察就猜对了体内的病灶一样。而实际上,医生是通过X光、MRI等手段来检测体内的病灶从而作出正确的诊断的。
在3D CAD中能够使用被称为CAE的解析工具,能够使如上图所示的零件应力分布可视化。由此可以不依赖于经验和直觉进行正确的诊断,能够进行兼顾强度的设计。

 

利用3D CAD能够实现的兼顾强度的机械设计 始终兼顾强度的设计

设计中途的零件形状每日都在发生变化。与3D CAD联动的CAE能够配合零件变化使强度可视化,因此设计人员能够始终兼顾强度进行设计,由于减少了返工,提高了质量,因此能够缩短开发周期。

*现在的CAE操作非常简单,设计人员甚至能用它取代计算器,由于被设计人员积极使用故被称作“设计人员CAE”。


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