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機(jī)械零件前期設(shè)計(jì)階段采用的圖形交互式有限元應(yīng)力重分析方法
Sachin S. Terdalkar and Joseph J. Rencis
阿肯色州立大學(xué)機(jī)械工程系，費(fèi)耶特維爾，AR72701，美國(guó)


摘要

　　　本研究開(kāi)發(fā)了一種新的圖形交互式有限元應(yīng)力重分析技術(shù)，憑借這項(xiàng)技術(shù)，工程師可以在機(jī)器設(shè)計(jì)的初期，很方便地修改機(jī)器零件的幾何形狀。所開(kāi)發(fā)的用戶界面使工程師可以在商業(yè)化的有限元軟件ANSYS上對(duì)機(jī)器零件進(jìn)行建模。當(dāng)機(jī)器零件的幾何形狀被修改后，可以立刻從有限元分析的應(yīng)力和位移云圖上看出修改后的效果。在修改設(shè)計(jì)階段，采用了有限元重分析技術(shù)使設(shè)計(jì)者可以在短時(shí)間內(nèi)獲得足夠精度的分析結(jié)果。這一技術(shù)突出了設(shè)計(jì)過(guò)程中交互的實(shí)質(zhì)。
　　　文中給出了三個(gè)實(shí)例以論證圖形交互有限元重分析技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。基于均質(zhì)、各向同性和線彈性材料的平面應(yīng)力四節(jié)點(diǎn)四邊形單元。前面的兩個(gè)實(shí)例是兩塊分別帶有孔和倒角的平板。這兩個(gè)例子論證了通過(guò)改變孔和圓角的尺寸或形狀，工程師可以獲得基于應(yīng)力集中系數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，即由工程師驅(qū)動(dòng)優(yōu)化進(jìn)程。每個(gè)實(shí)例研究考慮多次迭代設(shè)計(jì)，采用一種復(fù)合的近似分析方法以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。第三個(gè)實(shí)例是研究一個(gè)支撐托架，優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是使托架的懸臂部分具有相等的強(qiáng)度，同時(shí)減小倒角處的應(yīng)力集中。


復(fù)合的近似重分析方法

引論
1.1 設(shè)計(jì)過(guò)程
　　　工程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，成份或滿足設(shè)計(jì)需求得到一個(gè)程序。它是一個(gè)決策程序 (時(shí)常反復(fù)的) ，通過(guò)它基礎(chǔ)科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程科學(xué)被應(yīng)用于適當(dāng)?shù)剞D(zhuǎn)換資源來(lái)滿足確定的目標(biāo)[1]。
　　設(shè)計(jì)的程序本質(zhì)上是創(chuàng)造力的一種運(yùn)用。 各種不同的 “設(shè)計(jì)過(guò)程” 已經(jīng)被定義協(xié)助解決 “無(wú)特定結(jié)構(gòu)的問(wèn)題”,也就是, 對(duì)于其中一個(gè)定義的含糊問(wèn)題可能存在很多種解決方法。圖 1 所示的流程圖能更精確說(shuō)明設(shè)計(jì)程序。