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在结构设计过程中,CAE分析和手动计算二者缺一不可

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发表于 2017-9-5 14:51:36 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
当前,CAE作为结构设计过程中有效的计算分析方法和手段,由于其准确性和高效性,正在逐渐取代传统的手动理论校核,尤其是较为年轻的结构工程师,更倾向于尽可能地应用CAE软件来解决结构设计过程中所需要计算校核的一切问题。

这种想法和势头是好的,但由于软件自身的局限性,想实现对结构设计过程中涉及的所有问题进行计算校核是不可能的,特别是对于产品结构设计规范依赖性较强的校核内容,现有的绝大多数通用CAE软件都无法实现。

另外,在结构方案设计阶段,利用基本的力学理论对结构局部进行手动校核计算以确定相关的截面形式和尺寸可能会更快、更简洁。

压杆稳定性校核、板屈曲校核、结构疲劳校核等,这些校核内容在不同的设计规范中校核的方法都不尽相同。虽然通过二次开发可以将某些校核方法溶入到CAE软件中去,但由于部分校核过程中某些参数的确定很难通过程序自动予以赋值,所以计算过程中人为的干预和修改必不可少。

例如,压杆稳定性校核过程中杆件有效长度的确定,尤其是相对于强轴的有效长度,通过梁单元的长度根本无法准确地表示;板屈曲校核虽然可以通过CAE软件对结构的整体屈曲系数加以计算,但板的局部屈曲校核却很难实现,虽然板的部分应力可以利用有限元计算结果加以提取,但板的长度和宽度却无法利用有限元模型加以准确地界定;虽然大多数通用CAE软件都提供了疲劳计算的功能,但其对载荷工况的假定并不适用于大多数工作于复杂工况的产品结构。

所以,就目前来说,CAE分析还无法做到“傻瓜化”,要实现所谓的“傻瓜化”可能还需要走很长的一段路,悲观一点说,可能这条路根本行不通。

前期的方案设计阶段,对于局部简单的静定结构来说,根据相关力学理论进行手动设计计算会更快更简洁。如今,为了提高设计效率,许多公司的产品结构设计采用类比的设计方法,就是拿以前相类似的产品结构通过功能化的简单修改应用到新的产品结构中去,采用的原则是就高不就低(即能力低的产品结构形式参考和借用能力高的产品结构形式)。

这样下去的长期结果是,不仅产品的结构形式变得越来越笨重,而且年轻的设计工程师对产品结构的设计尺寸和形式知其然而不知其所以然,甚至渐渐地谈忘了已经学习并掌握的有关结构设计与计算的相关力学理论;更有甚者,连一个简单的简支梁都不会进行手动校核,而是将其以书面的形式提交到公司的CAE分析部门,要求计算分析并出具相关计算报告,这不能不说是一种资源和时间的浪费。

由此可见,现阶段,在结构设计过程中,CAE分析和手动计算二者缺一不可。夸张一点说,CAE分析也是手动计算的一个过程,其前处理需要手动建模,后处理需要手动处理相关图片和数据,只是求解方程交由计算机自动完成。而手动计算校核时,几乎所有的工程师同样是通过计算机辅助来实现的,将通用的校核手段和方法编制成实用的小程序,只要输入相关参数即可得到所需结果。但是,无论以哪种方法完成结构设计的校核计算,其都需要设计者具备完整的理论知识,这一点是毋庸置疑的。
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