计算机模拟在工程中的应用

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2024年建筑工程中计算机信息技术应用探究

2024年建筑工程中计算机信息技术应用探究

2024年建筑工程中计算机信息技术应用探究一、计算机信息技术在建筑工程中的应用现状计算机信息技术在建筑工程中的应用已经相当广泛,主要体现在以下几个方面:建筑设计在建筑设计中,计算机信息技术发挥着巨大的作用。

设计师可以通过计算机辅助设计软件,对建筑进行三维建模、渲染、动画模拟等操作,从而更加直观地展示建筑设计的效果。

同时,计算机信息技术还可以帮助设计师进行建筑结构的优化、材料的选用等方面的分析,提高设计的效率和质量。

建筑施工在建筑施工过程中,计算机信息技术同样扮演着重要的角色。

通过计算机信息技术,可以实现建筑施工过程的自动化、智能化管理。

例如,在施工现场,可以通过无人机、智能传感器等技术,对施工现场进行实时监控,及时发现和解决问题。

同时,计算机信息技术还可以帮助施工单位进行进度管理、质量管理、安全管理等方面的工作,提高施工效率和质量。

建筑管理在建筑管理方面,计算机信息技术也发挥着重要的作用。

通过计算机信息技术,可以实现对建筑设备、设施的智能化管理,提高建筑的使用效率和管理水平。

同时,计算机信息技术还可以帮助建筑管理人员进行能耗管理、维修管理等方面的工作,降低建筑运营成本,提高建筑的经济效益。

二、计算机信息技术在建筑工程中的应用意义计算机信息技术在建筑工程中的应用,具有非常重要的意义。

首先,它可以提高建筑工程的设计、施工和管理效率,缩短工程周期,降低工程成本。

其次,计算机信息技术可以提高建筑工程的质量和安全性,减少工程事故和安全隐患。

最后,计算机信息技术还可以促进建筑工程的创新和可持续发展,推动建筑行业向数字化、智能化方向转型。

三、计算机信息技术在建筑工程中的发展趋势随着科技的不断发展,计算机信息技术在建筑工程中的应用也将呈现出以下几个发展趋势:智能化管理未来建筑工程中,计算机信息技术将更加智能化,实现建筑工程的全过程智能化管理。

从设计到施工,再到后期管理,计算机信息技术都将扮演着重要的角色,提高工程效率和质量。

虚拟现实技术在建筑工程施工中的实践案例分析

虚拟现实技术在建筑工程施工中的实践案例分析

虚拟现实技术在建筑工程施工中的实践案例分析概述:虚拟现实技术是一种通过计算机生成的模拟环境,能够模拟真实世界的感官体验,并且可以与用户进行交互。

在建筑工程施工过程中,虚拟现实技术可以提供更直观、更有效的设计和协调手段,从而提高施工的效率和质量。

本文将通过分析几个实际的案例,展示虚拟现实技术在建筑工程施工中的应用和效果。

案例一:虚拟现实在建筑设计中的应用在建筑设计阶段,虚拟现实技术可以帮助建筑师和设计团队更好地理解和评估设计方案。

通过将设计图纸转化为虚拟的三维模型,设计团队可以用虚拟现实头戴设备亲身体验建筑空间,以便更好地评估设计的合理性和实用性。

例如,某建筑设计团队使用虚拟现实技术对一个新建的旅馆设计进行测试。

设计团队将建筑模型输入到虚拟现实软件中,然后通过头戴设备进入虚拟空间。

在虚拟空间中,团队可以感受到房间的大小、光线的流动以及设施的布局情况。

通过这种方式,设计团队能够更好地判断空间的舒适度和功能性,从而改进设计方案并最终提供一些重要的修改建议。

案例二:虚拟现实在施工计划中的应用在施工计划阶段,虚拟现实技术可以帮助施工团队更好地理解和执行施工过程。

通过将建筑模型与施工进度相结合,施工队可以通过虚拟现实技术模拟整个施工过程,包括材料运输、吊装设备、基础建设等。

这有助于识别潜在的工期延误和浪费,提前优化施工方案,提高工作效率和施工质量。

例如,一家建筑公司使用虚拟现实技术来规划和执行一个大型商业项目。

他们将建筑模型与施工进度表相结合,通过虚拟现实软件模拟施工过程。

在模拟过程中,施工团队可以观察到可能存在的冲突、协调问题或优化空间。

通过这种方式,他们能够及时调整施工计划、提高资源利用率,并且避免潜在的施工风险。

案例三:虚拟现实在施工操作培训中的应用在施工操作培训阶段,虚拟现实技术可以模拟各种建筑工程操作,提供安全、实际和清晰的培训体验,从而减少人为错误和培训成本。

例如,一家建筑公司为他们的新员工提供了虚拟现实模拟的培训课程。

土木工程中计算机仿真技术的应用

土木工程中计算机仿真技术的应用

土木工程中计算机仿真技术的应用一、概述土木工程作为一门应用性较强的工程学科,与计算机技术的结合在近年来越发密切。

计算机仿真技术是计算机应用的重要分支之一,它利用计算机模拟实际的物理环境与过程,对相关的问题进行分析和解决。

在土木工程领域,计算机仿真技术可以广泛应用于各种建筑工程的设计、优化、施工及运营管理等方面。

接下来本文将介绍土木工程中计算机仿真技术的应用。

二、应用于设计方面1.建筑结构设计使用计算机仿真技术可以较为准确地模拟建筑结构的力学行为与变形状况,预测结构在外部载荷作用下的变形与破坏情况,并能对结构进行分析与优化,从而提高结构的安全性与耐久性。

2.建筑声学设计建筑声学是指在建筑物内外环境中对声学效果的控制与调整。

通过计算机仿真技术,可以对建筑物声学性能进行模拟与评估,如室内吸音、隔音等,并可以根据要求进行优化设计。

3.建筑照明设计建筑室内照明设计需要满足光学、物理、心理等多个方面的需求,而计算机仿真技术则可以模拟光的行为、室内照度等参数,并进行优化设计,提高室内照明效果。

三、应用于施工方面1.施工可行性分析在进行土木工程施工前,需要对场地及施工方案进行可行性分析。

通过计算机仿真技术,可以对场地地形、地质情况、施工方案等进行模拟,进而评估施工方案在可行性方面的优劣。

2.施工进度模拟施工进度模拟是指利用计算机仿真技术对工程施工过程进行模拟,以便进行进度控制、优化施工方案等方面的工作。

在这方面,计算机仿真技术可以提供准确的成本与资源利用情况分析,帮助项目进行合理的施工管理。

四、应用于运营管理方面1.桥梁施工与维护桥梁的施工与维护需要对桥面、桥墩、桥梁缆索等部分进行细致的检测与处理,而计算机仿真技术则可以实现桥梁模型的数字化管理与建模,以及桥梁的安全性管理与动态监测等工作。

2.公路路面维护公路路面的维护与管理也是土木工程中的一项重要任务。

通过计算机仿真技术可以对路面的损坏情况进行评估,并确定相应的维护方案。

计算机技术在土木工程中的应用

计算机技术在土木工程中的应用

计算机技术在土木工程中有广泛的应用,包括以下几个方面:
1. 设计和建模:计算机辅助设计(CAD)软件可以帮助土木工程师进行建筑物和基础设施的设计和建模。

通过CAD软件,工程师可以创建精确的三维模型,进行结构分析和模拟,以及进行可视化展示和交流。

2. 结构分析和模拟:计算机辅助工程(CAE)软件可以进行结构分析和模拟,帮助工程师评估建筑物和基础设施的结构安全性和稳定性。

这些软件可以模拟各种荷载和力学行为,进行静力学和动力学分析,以及疲劳和振动分析。

3. 建筑信息模型(BIM):BIM是一种集成的设计和管理工具,可以帮助土木工程师在项目的整个生命周期中管理建筑信息。

BIM软件可以创建虚拟的建筑模型,包括建筑物的几何形状、材料属性、施工序列等信息,帮助工程师进行设计协调、冲突检测、成本估算、施工管理等工作。

4. 土壤力学和地质工程:计算机模拟软件可以帮助土木工程师进行土壤力学和地质工程分析。

这些软件可以模拟土壤和岩石的力学行为,包括承载力、沉降、稳定性等,帮助工程师评估地基工程的可行性和安全性。

5. 施工管理和项目控制:计算机技术可以用于施工管理和项目控制,包括进度计划、资源分配、成本控制、质量管理等方面。

项目管理软件可以帮助工程师进行项目规划、进度跟踪、资源管理等工作,提高项目的效率和质量。

总的来说,计算机技术在土木工程中的应用可以提高设计和建模的精确性和效率,帮助工程师进行结构分析和模拟,改善项目的管理和控制,提高工程的质量和安全性。

计算机模拟技术在水利水电工程中的应用

计算机模拟技术在水利水电工程中的应用

计算机模拟技术在水利水电工程中的应用水利水电工程是一项复杂的系统工程,一般工程规模较大,技术和自然条件复杂,在设计和施工过程中,又常常受到许多因素的影响,致使工程设计和施工组织设计任务繁重,施工具有较大的风险性。

而计算机仿真可以模拟十分复杂的情况,由于所建立的是数字模型,可以方便地进行修改,具有经济、可靠、安全、灵活、可重复使用的优点。

通过对实际系统的模拟,可以增进对实际工程的了解,获得一些有参考价值的参数,从而为施工组织设计提供依据,并减轻了设计人员的计算强度,缩短方案制定时间。

正是基于这些优点,计算机仿真技术在水利水电工程中应用越来越广泛。

在国外,将计算机模拟技术应用于混凝土工程施工中,始于20世纪70年代初。

1973年第十一届国际大坝会议上,D.H.Bassgen首先结合混凝土重力坝施工提出了混凝土浇筑过程模拟。

在满足施工浇筑系统实际存在的各项条件和施工准则的情况下,利用计算机模拟技术,针对缆机浇筑进行了浇筑模拟计算,给出了缆机在模拟浇筑中的效率、浇筑强度等特性,基本反映出缆机在混凝土坝浇筑过程中的工作情况。

D.W.Halpin于1973年将计算机模拟与循环控制网络结合起来,对建筑工程混凝土运输进行模拟。

其后,计算机模拟技术逐步广泛应用于水电工程和建筑工程的混凝土施工中。

1989年,L.E.Bernold在循环控制网络中考虑实体存储和故障延迟的问题,重点研究了汽车排队限额与混凝土施工系统生产率之间的关系,以混凝土坝施工为例,模拟出不同排队长度限额水平下混凝土施工的生产能力。

我国在水电工程混凝土施工中应用计算机仿真技术始于20世纪80年代初。

当时钱学森教授在全国范围内开展系统工程技术的推广工作,水利水电系统的教学、科研、设计、生产部门的有关科研人员结合工程实际与行业特点,在排队理论(Queueing Theory)的指导下,对施工过程的机械配套进行研究,从而开辟了我国水利水电工程施工过程模拟研究的领域。

计算机模拟技术在车辆工程中的应用

计算机模拟技术在车辆工程中的应用

计算机模拟技术在车辆工程中的应用随着科技的不断进步和人类对技术的不断探索,计算机模拟技术在各行各业中发挥着越来越重要的作用。

车辆工程作为一个与日常生活息息相关的产业,也不例外。

本文将侧重于探讨计算机模拟技术在车辆工程中的应用。

一、虚拟仿真虚拟仿真技术指的是通过计算机技术来模拟真实世界中特定的物理过程以及相关效应。

车辆工程领域中,虚拟仿真技术主要应用于对车辆行驶过程的模拟,以此来提高车辆性能以及估算车辆行驶过程中面临的各种情况和应对方案。

首先,虚拟仿真技术可以用于模拟车辆的运动过程。

例如,一个公司想要开发一款高速公路上行驶的车辆,他们可以通过虚拟仿真技术来确定车辆的结构和运动性能,这些结论可以帮助制造商预测各种不同路况下车辆的行驶效果,以此来确定车辆的结构参数。

其次,虚拟仿真技术还可以用于模拟车辆受力过程。

例如,一些研究团队会利用虚拟仿真技术来研究汽车碰撞的过程。

这些仿真结果有助于汽车制造商了解汽车在不同的碰撞条件下的响应,以此来对车辆进行更好的调整和改进。

二、流体动力学仿真在车辆工程中流体动力学仿真是一项非常重要的工具,它能够帮助工程师了解车辆外壳性能以及各种机制的具体过程。

例如,在车辆工程领域,设计和改进风阻系数是非常重要的任务。

靠着基于计算机的流体动力学仿真可以研究风阻系数如何受到外部条件的影响,这样工程师就可以改进汽车本身或者设计高效的外套来优化车辆的性能。

三、虚拟样机几乎所有的车辆工程项目都需要测试样机,然而,在现实中制造样机是一项非常昂贵的任务。

计算机模拟技术为解决这个问题提供了一种成本效益更高的方案,即虚拟样机。

虚拟样机使用计算机技术来创建虚拟汽车,以及一系列可能的测试方案,如评估制动和悬挂系统的能力。

这些测试可以在计算机上进行,从而省去了成本昂贵的制造真实样机的过程。

同时,铭刻虚拟样机可以在极短的时间内实现改进,使得汽车的设计流程更加的高效和快速。

四、材料设计在车辆工程领域中,对于材料的选择是一项非常棘手的任务。

探讨计算机科学与技术在工程建设项目中的运用

探讨计算机科学与技术在工程建设项目中的运用

探讨计算机科学与技术在工程建设项目中的运用计算机科学与技术的发展对工程建设项目的运用产生了深远的影响,其在工程建设项目中的应用涉及到项目规划、设计、施工、管理等多个方面。

本文将从信息化建设、虚拟仿真技术、大数据分析等角度,探讨计算机科学与技术在工程建设项目中的应用,并分析其对项目的影响和意义。

1. 信息化建设随着信息技术的不断发展,信息化建设已经成为了工程建设项目中必不可少的一部分。

通过计算机科学与技术的应用,工程建设项目可以实现信息的快速传递、共享和处理,提高了项目的协调管理和决策效率。

在工程项目的规划、设计、施工等各个阶段,通过信息化系统可以实现实时监控、数据采集和分析,帮助项目管理者更好地掌握项目进展情况,及时调整工程计划,提高项目的执行效率和质量。

2. 虚拟仿真技术虚拟仿真技术是计算机科学与技术在工程建设项目中的另一个重要应用领域。

虚拟仿真技术能够通过计算机模拟现实环境,帮助工程项目进行设计和规划。

工程项目的设计者可以通过虚拟仿真技术对工程项目进行模拟和分析,发现潜在的问题并进行改进,避免由于设计不当而导致的工程浪费和安全隐患。

虚拟仿真技术还能够帮助施工人员进行操作培训,提高工程施工的安全性和效率。

3. 大数据分析随着信息时代的到来,大数据分析技术在工程建设项目中的应用也越来越广泛。

工程建设项目的数据量庞大,通过大数据分析技术可以对这些数据进行挖掘和分析,发现规律和趋势,为项目管理者提供更加科学的决策依据。

通过对大数据的分析,可以及时发现工程项目中的问题和风险,提前采取措施进行应对,从而保障工程项目的顺利进行。

计算机科学与技术在工程建设项目中的运用,不仅提高了项目的执行效率和质量,同时也降低了项目的成本和风险,提高了项目的可持续发展能力。

同时也需要认识到计算机科学与技术在工程建设项目中应用过程中所带来的一些问题与挑战。

信息系统的安全性和稳定性问题、虚拟仿真技术所面临的技术难题、大数据分析中数据质量和隐私保护等方面的问题。

仿真与建模技术在工程中的应用

仿真与建模技术在工程中的应用

仿真与建模技术在工程中的应用随着科技的不断发展,仿真与建模技术在工程领域的应用越来越广泛。

这项技术通过使用计算机模拟现实环境,对工程项目的各个方面进行测试和评估,以提供更准确的结果和更高效的决策。

本文将详细介绍仿真与建模技术在工程中的应用,并分析其优势。

一、仿真技术在工程设计中的应用仿真技术在工程设计中扮演着重要的角色。

它可以通过对产品或系统进行虚拟测试,预测其性能和功能,并提前发现潜在问题。

比如,在航空工程中,仿真技术可以模拟飞机的飞行环境,对飞机的结构和性能进行验证,以确保其安全性和稳定性。

而在建筑工程中,仿真技术可以模拟建筑物的施工过程,优化设计方案,提高效率和质量。

二、建模技术在工程分析中的应用建模技术在工程分析中也发挥着重要的作用。

通过对工程项目进行精确建模,可以对各种复杂情况进行分析和评估。

比如,在水利工程中,建模技术可以模拟水流的流动情况,预测洪水的泛滥范围,并提供有效的防治策略。

而在交通工程中,建模技术可以模拟交通流量和道路拥堵情况,优化交通信号控制系统,提高交通效率。

三、仿真与建模技术的优势仿真与建模技术相比传统的试验方法具有诸多优势。

首先,它能大幅度降低试验成本和时间。

传统试验往往需要繁琐的实验准备和大量的资源投入,而仿真与建模技术只需要在计算机上进行模拟,无需实际材料和设备。

其次,它可以模拟各种复杂情况和边界条件。

传统试验往往只能模拟部分情况,而仿真与建模技术可以模拟各种不同的场景,提供全面的分析结果。

此外,仿真与建模技术还能提供更高的可重复性和可靠性,减少了实验误差。

综上所述,仿真与建模技术在工程中具有广泛的应用前景。

这项技术不仅可以在工程设计中优化产品和系统,提高效率和质量,还可以在工程分析中提供准确的数据和科学的决策支持。

随着科技的进步和计算机性能的提升,相信仿真与建模技术在工程中的应用会越来越广泛,为工程项目的发展和进步提供更多的可能性。

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计算机模拟在工程中的应用姓名:曾亚维班级:研机械工程1402班学号:S14030662015年6月30日滑动摩擦的有限元仿真研究引言计算机数值仿真是数值计算理论与计算机相结合而发展起来的一种新技术,在众多工程领域发挥了重要的作用。

随着计算机数值仿真技术的发展和计算机辅助工程(CAE)分析软件的出现,在摩擦学领域,摩擦磨损仿真技术的研究也正蓬勃兴起。

数值仿真的实质是将连续的过程离散化,从而使复杂的动态问题转化成较简单的准静态问题。

该技术应用于复杂的摩擦学磨损问题是十分有效的,并具有广泛的应用前景。

目前人们己经将其用在摩擦副的接触分析、寿命预测、优化设计、状态监测及建立相应的耐磨损强度校核及设计准则等方面,发挥了重要的作用。

采用基于计算机的数值仿真方法进行各种方案的计算,则可以使大难度的工作轻易完成,并可以大大缩短新技术的开发和生产的时间周期。

而且对于不同条件(如材料、载荷、运转速度、温度、工作条件等)下的同类问题,只须改变数学模型中相应的参数,就能够获得对应的仿真结果,给工程设计分析带来质的飞跃。

1、国内外摩擦磨损仿真研究国际上许多学者都对摩擦学仿真进行了大量的研究,为摩擦学在新技术时期的发展做出了突出贡献。

如1977年首次召开专门涉及磨损领域的国际材料磨损会议(Wear of Materials,简称WOM),专门讨论和交流磨损研究的进展,并且每隔两年召开一次,现在已经召开了14届国际材料磨损会议。

在第14届会议上,约翰·霍普金斯大学的Mark Robbins教授作了“摩擦学的计算机仿真”特邀报告。

Robbin教授指出,利用摩擦学仿真,可以用理想化的试验来对几何参数、化学参数和滑动条件等进行全面控制,使得对摩擦、润滑和磨损等每个变量的影响的控制成为可能;同时,他就违反人们直觉的几种摩擦学现象在纳米尺度上的摩擦学仿真进行了有益而成功的探索,运用表面吸附膜和2个表面间存在的“第三体”解释了Amonton摩擦定理及其它的摩擦学现象等。

计算机仿真技术运用到摩擦学领域,国内的部分专家学者在80年代就开始对此做了深入的研究。

但由于对摩擦副的影响因素较多和磨损机理的复杂性,国内因此在摩擦学的仿真研究方面,多集中在对具体的工程机械摩擦构件上。

如大连大学的江亲瑜教授、大连海事大学的严立教授、西安交通大学方亮教授、洛阳工学院的林纲等人开展了积极的探索,做了大量有意义的研究工作。

江亲瑜教授等人在初期进行有关数值仿真技术在磨损研究中的应用方面的研究,提出了一个研究磨损问题的数值仿真模型,并探讨了该模型在多种磨损问题中的应用前景。

严立教授等人提出一种利用智能仿真技术求解磨损问题的方法。

其思路是在磨损试验、机理研究和系统分析的基础上,采用模糊推理和智能仿真方法对磨损状况进行演绎。

他并不勉强去建立磨损与各影响因素之间的显式数值关系,而是利用有关基础理论、试验资料和经验知识,建立了包含有灰匣和黑匣以及推理机构的框形综合仿真模型;以必要的试验数据及应用工况为初始条件,进行仿真试验并对结果的可信度进行检验,以此评价系统的耐磨特性,预测其发生故障的可能性及使用寿命。

2、目前存在的问题摩擦学系统的复杂性导致人们很难对摩擦副的磨损性能给出定量的预测,尽管研究者们在摩擦磨损数值仿真方面所做的工作,取得了不少成绩,但同时也有一定的问题存在。

许多研究者通过实验分别从不同角度研究了不同磨损机理形式在平滑表面上的磨损模型,但都不能很好地得到验证。

如Podar等学者建立锥形接触时考虑表面形貌的磨粒磨损模型时,用有限元和解析法两种方法对磨损进行了计算,但两种方法计算结果相差较大。

Meakawa,K等人对接触表面的摩擦机理、微观粗糙度和微观形貌进行的模拟和分析也局限于微观机理方面,没有从宏观上把握磨损特性。

在实验室通过磨损试验对摩擦学的性能进行仿真研究的研究者们,只考虑即定参数、即定的磨损阶段的摩擦学行为;在建立仿真模型过程中对一些影响因素的处理有待商榷;对同时改变多参数如材料、载荷、速度等没给予深入研究。

一般说来,在某种特定的条件下通过试验手段所得到的磨损特性,在条件有了一些变化时,就发生很大的改变。

如果想了解该状态下的磨损情况,人们就不得不做试验或者是积累数据以确定磨损曲线等。

然而,达到这个目的需要大量的试验数据的支持。

3、ANSYS对销盘接触问题的仿真实现1970年,JohnS wanson博士发现计算机模拟工程商品化的前景,于是创建了ANSYS公司。

30年来,ANSYS公司致力于设计分析软件的开发,不断吸取新的计算方法和计算技术,使得这一分析软件功能更强大,使用更加便利。

ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件,可广泛的用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家电等一般工业及科学研究。

该软件提供了不断改进的功能清单,具体包括:结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用ANSYS参数设计语言扩展宏命令功能。

3.1 ANSYS接触分析接触问题是一种高度非线性行为,需要较大的计算资源,为了进行切实有效的计算,理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。

接触问题存在两个较大的难点:其一,在求解问题之前,不知道接触区域,表面之间是接触或分开是未知的,突然变化的,这随载荷、材料、边界条件和其它因素而定;其二,大多的接触问题需要计算摩擦,有几种摩擦和模型供挑选,它们都是非线性的,摩擦使问题的收敛性变得困难。

3.2 ANSYS销盘接触分析步骤ANSYS支持三种接触方式:点一点,点一面,面一面,每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。

为了给接触问题建模,首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触,如果相互作用的其中之一是一点,模型的对立应组元是一个结点。

如果相互作用的其中之一是一个面,模型的对应组元是单元。

有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对,接忽王单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元。

就销盘接触模式的ANSYS 分析,摩擦表面微凸体放大到半球体接触分析,本文采用点一面接触单元;而对销盘实体接触分析则采用面一面接触单元。

ANSYS 分析不同的接触单元时,由于各接触单元形状以及节点不同,因此有不同的分析过程。

但其基本分析步骤是一致的,就销盘接触所用到的接触单元模式讲,为了保证整个仿真过程的实现和便于采用ANSYS 参数化设计语言(APDL ,ANSYS Parametric Design Language),需制定求解步骤,并通过实际求解过程来完善,以满足在输入参数改变的情况下快速获取所需要的接触应力和变形值,其设计步骤流程图如图1所示。

图1 ANSYS 对销盘仿真步骤3.3 ANSYS 计算仿真实现采用有限元法对于求解球体接触问题,分析变载荷作用下的变形、应力分布输入初始化参数并建立实体模型-接触体几何形状、相对位置;-材料弹性模量E ,泊松比μ;生成有限元模型(/PREP7)定义并生成接触单元定义边界条件、加载做结构静态分析(/SOLU )剥离接触区,获取法向相接触压力分布(/POST1) 拾取接触实体的变形值(/POST1)仿真结果结束仿真? 退出改变实体参数 是否等有比较好的适应性,亦能更真实地反映接触应力的分布情况和输出所需要的参数值等。

对上述销盘接触实体问题利用ANSYS软件分别进行求解。

为了实现接触应力仿真的准确性,对单峰接触且粗糙峰顶的形状都是球体的微凸体,在ANSYS中建模较为困难,所以放大到实体两球体之间的接触,以求看到真实的、可比性的实体接触情况。

3.3.1 两球体模型仿真实现销盘试验所用材料为45号钢,取两球体为同种材料,45号碳钢其弹性模量为200GPa,泊松比为0.3,假设上球体半径R1=10mm,下球体半径R1=15mm,集中载荷作用于上球体。

图2为两球体接触网格有限元模型,用4节点的Quad node 42实体单元,网格采用映射划分,接触单元采用点一面接触方式。

由于对称关系,可取1/4模型进行仿真计算。

同时该问题也是一个轴对称问题,也可按轴对称模型求解。

有限元分析ANSYS结果的精度取决模型网格尺寸。

在划分网格时,接触部位的网格尺寸要小于接触椭圆短半轴的长度,当接触部位的网格尺寸小于接触椭圆短半轴的50%时,有限元分析结果己足够精确。

在本模型中椭圆短半轴和长半轴相等,即接触区为圆形。

模型总节点数1922,单元数1840,其中接触单元为40个,图2中右上角为接触区网格放大图。

由式(10),在P为500N时,代入参数计算得a=0.27mm,而接触区网格为0.1mm,因此已经满足分析的精度要求。

对整个接触仿真模型,为加快求解接触区外的其余部分可用较大的单元表示。

图2 两球体接触网格模型求解后进人ANSYS后处理器,可获取应力、接触区压力和变形等图形仿真结果,图3、图4分别是在P=4kN时仿真出的Y向应力分布云图和接触压力分布云图。

Y向应力分布云图清楚地反映出半球平面上的应力分布情况及大小;而接触区压力分布云图亦能帮助我们理解接触区压力分布情况,其形状为1/4椭圆,当取负值时,即为接触压应力。

由于变形图在图形窗口中需放大才能清楚显示,在此未提供。

图3 Y 方向应力分布云图 图4 接触面上压力分布云图3.3.2 变载荷下球体接触应力、变形计算与仿真结果比较分析两球体模型接触应力和变形计算方法有两种:即以上推导的赫兹接触应力公式、变形计算公式计算与有限元接触仿真分析计算。

由于接触体材料相同,且μ=0.3,简化处理得:3212212R R E R R P 23.1)(+=∆ (1) 322212120R R R R PE 388.0P )(+= (2) 为了让理论计算结果与仿真结果做确切的对比分析,在此通过改变载荷的大小分别对接触应力、变形做了11组数据。

从公式(1)、(2)可以看出,力与接触应力、变形成指数关系,通过编程计算理论值与仿真值并在Matlab 中实现曲线的三次拟合,得图5和图6。

两图实线为计算拟合线,从中看出,仿真值与计算值存在一定的误差,但其趋势是一致的。

表一为P=4kN 和5.5kN 的计算与仿真数值对比情况,选择户4kN ,可在图4中看到接触压力分布云图,而P=5.5kN ,是在所做的11组数据中误差最大。

从产生的误差分析,存在两种情况,一是从材料上分析,当所加载荷超过材料弹性极限时,材料将会产生塑性变形,继而产生残余应力,由于残余应力的存在,致使接触面的分布压力将发生变化;二是从球体物理模型上分析,误差主要包括单元本身、单元离散、几何、边界范围和计算模型处理方法等的误差。

对第一种情况处理,需对赫兹接触压力分布予以修正,以满足工程分析的需要;对第二种情况,可以使用更多的或更精确的单元、更合适的接触刚度和更精确的几何实体模型解决。

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