05-力学CAE中的关键影响因素
似， 都可以当成梁来分析， 把标准梁理论中改善刚度的经验迁移至类似梁的大型 装配结构上，这是工程上的常用的方法。 另外我们学习板壳理论时得知加强筋可以显著提高板壳的局部和整体刚度， 如图 2 所示。局部加强筋其实孤立地看也是梁，那么怎么提高局部加筋的刚度最 高效， 是不是也可以从标准梁理论中获得启发？没错， 这也是工程上常用的方法。
图8 （4）材料的弹性模量、密度与材料选择，大家都知道材料的弹性模量 E 是个直 接影响结构刚度的重要物理量，例如，图 1 中梁截面的 YZ 平面内的抗弯刚度公 式 Ebh3 / 12 表明，同样的外形和尺寸，E 越大，刚度越好。但是进一步思考，相 同的质量，选择密度小的材料，这样结构的几何尺寸就可增加，尽管它的弹性模 量可能更小一些，但整体刚度是否会更好？下面用一个例子说明这个问题。 我们还拿截面如图 1 的标准梁为例，其 YZ 平面内的截面抗弯刚度公式为
m 和 l 都假定不变， E / 3 决定不同材料的梁 YZ 平面内截面抗弯刚度的大小值。 例如，钢和铝对比，一般 E钢 / E铝 3，钢 / 铝 3， 在上述问题中铝梁 YZ 平面内
的截面抗弯刚度是钢梁的 9 倍！ 上述推理过程还可推广至其它可用公式推导求解 的简单刚度问题，例如梁的拉压、扭转，板的弯曲等等。 上面我们实际做的是一道选择题，对比前面所述几何外形、约束、预载荷等 可以自主设计的问题，我们面对材料往往只是选择而已。按经济学的话说，就是 当你选择一种材料的时候， 就必须承担不选择另一种材料的代价，所以我们往往 需要多试算几种材料，看看满足刚度指标的前提下，哪种材料的结构重量最小。 当然，有时候因为工艺限制，密度低而尺寸大的材料加工不便，尺寸受到限 制，可供选择的材料会很有限，如某些对刚度要求很高的复杂薄钣金冲压件，如 汽车发动机盖的内板，就算用铝，板子也不能做太厚，只能选弹性模量大的钢。 2.固有频率 CAE 固有频率需要重点关注的重要影响因素有承载刚度和质量。 （1）本文第 1 节第（1）条已讲述了承载刚度的关键影响因素，这里不再赘述， 但是有一点值得强调，本文第 1 节第（1）条说，材料各部位的局部刚度对某一 点的整体刚度的贡献比重是不同的，同样，对于不同的固有频率振型，各部分刚 度的所占的影响比重不尽相同。 如图 9 所示，对于相同简支杆件的第一阶和第二 阶振型，影响固有频率的最关键刚度区域也不同,对于第一阶振型加强杆件中间 区域在该模态振动平面内的抗弯刚度，可以最高效的提高其在该模态的固有频 率；而对于第二阶振型，就不同了。有一点需要注意，提高局部抗弯刚度的同时 需保持局部质量不发生变化，否则不一定提高共振频率。 最后提一个思考方法， 在动力学分析常用达朗伯原理，即把材料的惯性力当 成静态载荷加到结构中去， 用静力学的方式来分析动力学问题，对于上面处于第 一阶振型的简支杆件，其处于某一个振动位置各处的惯性力分布如图 10 所示， 不过可惜， 我们在分析静态承载结构的时候较少碰到这种复杂载荷工况，我们在 调节静载刚度的经验也许不能直接的运用到动载刚度的调节， 但或许可以借助相 近的静载刚度问题猜测哪里是最有效的局部刚度加强区， 比如这个问题就可借助 本文第 1 节第（1）条图 3 所示结构的经验，猜测到中央区域可能是对第一阶振 动频率最有效的局部刚度加强区，事实也正如此。而对于图 9 中二阶振型的刚度 加强问题，也是如此，只是将梁比作有中间铰支座的两段简支梁进行分析。
图7 下面介绍一项个人经验——有关约束增多对结构整体刚度影响的经验， 即约 束的自由度增多，区域加大，结构的整体刚度越好。用正式的语句介绍，便提出 本人的第一个力学假说——姚氏力学第一假说：
对于某一套受外力作用的力学结构系统，如果增加约束，则该系统的各点的 刚度均增加，即各点的位移均变小。 上述假说似乎显而易见的，但可惜未见数学证明，但即便如此，仍可资参考 研究，恳请有识之士予以论证。 （3）预载荷 预载荷可能改变结构在某种承载形式下的刚度。当然， 因为结构刚度是针对 某种承载形式而言的，所以同样的预载可能对不同的承载形式下的刚度，其影响 也不尽相同。如图 8（a）所示的材料力学的横纵弯曲梁，随着外载荷的逐渐施 加，梁逐渐变形，轴向预载压力对梁的附加弯矩也不断增加，相比没有预载的情 况，梁的刚度变小了；预载反向则产生反向附加弯矩，则刚度变大，同琴弦的原 理。类似的道理适用于图 8（b）的一度超静定结构。但是这仅仅针对弯曲外载， 如果外载荷也是沿轴向的， 则轴向预载对刚度的影响作用消失， 轴向刚度不变 （忽 略截面积因拉伸而变化） 。强调一句，图 8 中的横纵弯曲梁和一度超静定直梁的 受力不符合线性假设，CAE 分析中必须用非线性算法。
Ebh3 / 12 。现在问:如果重量不变，梁的宽度、长度均不变，选用哪种材料使该
梁在 YZ 平面的截面抗弯刚度最大？我们把该抗弯刚度的公式变一下形——
Eb(m/( bl ))3 / 12 ( E / 3 )(m4 /(12b2l 3 )) ，其中 m 是质量、l 是梁长，ρ 是密度，b，
图3
图4
图5
图6
另外我们在改变结构的几何尺寸，以改变整体承载刚度时， 还应注意一个有 趣的现象——“局部刚度增效递减-减效递增现象” ，用正式的话就是， 为了改变整体刚度而改变局部刚度的方式，因增加的程度增加，效果递减； 因减小的程度增加，效果递减。 其实这很好理解， 如果增加局部刚度至绝对刚性，对整体刚度的增效就达到 极限了， 不能增加了，所以增加一个很强的局部的刚度不能对整体刚度有什么提 高，相反，如果减少局部刚度至绝对柔软，对整体刚度的减小就十分夸张，也许 可以用一个球铰来比喻这样的连接部位， 所以过度减小一个不起眼的非高效影响 整体刚度的局部的刚度也可能对整体刚度带来灾难性的后果。 （2） 约束 约束的改变往往剧烈影响或从本质上改变结构的传力方式， 进而改变结构的 承载刚度。约束的要素可分为四个：约束的类型（是哪几个自由度） ，约束的方 向（相对哪个坐标系） ，约束的位置（在什么地方约束） ，约束的区域（约束的区 域多大） 。它们均深刻地决定着约束的影响价值。 约束的类型和方向的变化较易理解， 但是约束的位置对整体刚度的影响就不 是那么好判断了，此时可以通过理论推理，推导公式及查询力学工程设计手册， 来预测某些约束位置的几何参数影响整体刚度的程度。 例如图 7 中简支梁的约束 孔向下调一点便减小中央位移甚多，原因是强化了刚架角点内力矩，该内力矩正 好克制中央点在外载作用下的位移，这一点可借鉴结构力学中有关刚架的知识。
姚氏力学 CAE 十三篇——05-力学 CAE 中的关键影响因素
第一版 姚思捷 caeman@
本文是本套文章中最精华的部分之一,如果把本套文章比作一把枪，那本文 就是这把枪的子弹。 本套文章第一篇说了，本套十三篇文章的宗旨在于构建一整 套力学 CAE 分析问题， 解决问题的方法体系，而本文关注的是力学 CAE 所涉力学 基础知识中最核心最灵魂的脉络，是这方法体系的基础的基础。 本文首先针对整个力学学科最基本的四大分析对象：刚度、固有频率、稳定 性、应力，详细介绍了与之相关的各关键影响因素，先从顶层影响因素讲起，深 入各核心影响因素， 最后将最最核心的关键影响因素归纳总结成一个严密的网络 体系——“四元图” ，方便 CAE 初学者按图索骥，有助于他们分析问题，解决问 题。同时还介绍了个人凭经验总结出的“增效递减、减效递增现象”以及“姚氏 力学三大假说” ，虽是假说，没有经数学证明，却也有颇多例证，值得大家参考 研究。最后简单提了一下疲劳这个分析对象的关键影响因素。 本文假定读者已经精熟四大基础力学：理论力学、材料力学、弹性力学、结 构力学的基本概念、理论、公式、结论。如果读者觉得自己在阅读本文有些困难 时， 也许是因为以上知识有些生疏， 请随时查阅相关教材， 获得必要的知识基础。 下面请看详细论述： 1.承载刚度 CAE 承载刚度分为整体刚度和局部刚度， 局部刚度的度量可以通过把其它部分当 成刚性来评测零件局部的刚度。我们在精密测量，机械加工，机械操纵，消费产 品领域对变形的控制都要求很高， 所以控制整体变形， 即控制整体刚度就很重要。 而在固有频率、应力、稳定性等分析方面也很关心刚度。真正需要我们重点关注 的关于承载刚度的四个方面关键影响因素： 几何外形， 约束形式与位置， 预载荷， 材料的弹性模量、密度与材料选择。下面将详细介绍这四个方面。 （1）几何外形 我们由梁的理论知识可知， 等直梁的整体抗弯刚度的改变可以靠改变整根梁 的截面的几何外形，即改变梁截面惯性矩 I 而获得。举个例子，截面如图 1 的梁 的 YZ 平面内的抗弯刚度可由公式 EI= Ebh3 / 12 确定，其中 b 是宽度，h 是高度， E 是弹性模量，显然 h 比 b 对截面惯性矩 I 的贡献要大得多，于是我们为了提高 梁 YZ 平面内的抗弯刚度，应该把材料更多的分到 h 上面。 以上推理可推广至其它可用公式推导求解的简单刚度问题，例如梁的拉压、 扭转，板的弯曲等等。 其实工程中很多大型装配结构只要整体外形、约束和受载形式和标准梁相
图9
图 10
（2）质量，质量的大小和分布对振动都很关键，如图 11 所示，同样的质量块， 几乎不改变整体体刚度，但不同的分布对共振频率的影响相距甚远！
图 11 3.应力 CAE
图 12
应力是静强度和疲劳强度分析基础，是力学中最重要的基本概念。应力分析 焦点往往是最严重的局部， 应力分析重点关注的关键影响因素有四方面——局部 几何突变、 局部几何外形、 内力载荷分布和材料的失效强度、 密度与材料的选择。 （1）局部几何突变，它会造成局部应力比该突变区附近的应力高出几倍。局部 几何突变处的应力的飙升， 绝不是因为该处附近的承载截面系数太低，而仅仅因 为自身的局部几何突变，该现象称为“应力集中” ，如图 12 所示，圆圈标注区的 应力比没有加强区域的应力还高，这就是应力集中。 但对于塑性材料的静态强度问题， 过于微小的几何缺陷、 划痕、 细小圆角等， 不需要过多担心， 因为塑性材料的受载后的局部细小应力集中会因塑性变形而大 大缓解， 对静强度几乎没有影响。 所以对于塑性材料的静态强度问题的应力 CAE， 我们对于微小的几何缺陷、划痕可直接忽略；对于细小的圆角，我们没有办法忽 略， 只能局部适当加密， 确保应力结果网格加密收敛， 并用材料非线性 CAE 计算， 一般就会发现，局部几何突变区的高应力消失了，当然如果经验丰富，在线性 CAE 应力结果中看到突变区较小且附近应力较低，就可认为该处静强度合格。 然而对于脆性材料的局部细小应力集中一般都要足够重视， 因为它没办法用 塑性变形去降低应力集中， 应力集中区的过高应力会引起开裂。所以对于脆性材 料消除局部缺陷是很重要的。 减小应力集中的方法有很多，多靠创造力和经验积累，首先是应力集中之间 不能靠太近， 根据圣维南原理，局部的几何变化及增添平衡力系不会给远离该局 部的其它区域的应力造成影响，相反，如果应力集中靠得太近，某处的应力就会 因为多处应力集中而多次飙升， 后果严重。另外还有很多减小应力集中的局部调 节的方法，如图 12 的加大圆角，图 13 的增加圆弧槽，图 14 的增加渐变槽等等。
力学性能测试中各因素的影响
力学性能测试中各因素的影响金属力学性能试验方法是检测和评定金属材料产品质量的重要手段之一。
其中拉伸试验则是应用最广泛的力学性能试验方法。
拉伸试验过程中的各项强度和塑性性能指标是反映金属材料力学性能的重要参数。
结合国家标准、工作中出现的问题及查阅相关资料，现对影响拉伸试验结果准确度的因素，如试样的形状、尺寸、表面加工精度、加载速度、夹持器具及周围环境等做一次总结。
1样品的制备1. 1样品制备对拉伸曲线和测试数据有影响样品制备是很关键，准确的制样是获得准确实验数据的前提，GB /T2975 – 1998和GB/T 228.1-2010对试样的取材、形状、尺寸、加工精度和方法等都作了统一的规定。
实际工作中，对于板材和管材的试样是平板和圆管弧板带肩试样，一是制样时一般采用铣削加工，在过渡圆处会停止进刀，如果最后一刀给尽量较大，在加工抗力的作用下，使平行段铣削时就有较多的让刀，到达过渡圆弧与平行段衔接处的截面积减小;二是过渡圆有应力集中的影响，拉伸中试样的标距外部分先进入屈服状态。
对于圆管弧板带肩试样在夹紧时，展平夹紧部分使得试样产生弯曲应力，其最大值集中在过渡圆处，拉伸时也会产生曲线异常的现象，会影响测试数据。
1. 2样品制备要求首先，根据要检验样品，按GB /T228.1 - 2010制备标准样品。
国家标准对试样的取材、形状、尺寸、加工精度、试验的手段和方法以及数据的处理等都作了统一的规定。
其次，对破坏性试验，如材料强度指标的测定，考虑到材料质地的不均匀性，为使实验结果能相互比较，获得准确可靠的数据，应制备多个试样，得出材料的性能指标，然后综合评定结果，对非破坏性试验，试样弹性模量、变形量等的测定，因为要借助于变形放大仪表，为减小测量系统引入的误差，一般也要采用多次重复，然后综合评定结果。
第三，样品制备时，应尽量使过渡圆衔接处面积相等，提高加工精度，修磨光滑，不要有加工刀痕，减小应力集中，以减少试验结果误差。
05-力学CAE中的关键影响因素
对于某一套受外力作用的力学结构系统，如果增加约束，则该系统的各点的 刚度均增加，即各点的位移均变小。 上述假说似乎显而易见的，但可惜未见数学证明，但即便如此，仍可资参考 研究，恳请有识之士予以论证。 （3）预载荷 预载荷可能改变结构在某种承载形式下的刚度。当然， 因为结构刚度是针对 某种承载形式而言的，所以同样的预载可能对不同的承载形式下的刚度，其影响 也不尽相同。如图 8（a）所示的材料力学的横纵弯曲梁，随着外载荷的逐渐施 加，梁逐渐变形，轴向预载压力对梁的附加弯矩也不断增加，相比没有预载的情 况，梁的刚度变小了；预载反向则产生反向附加弯矩，则刚度变大，同琴弦的原 理。类似的道理适用于图 8（b）的一度超静定结构。但是这仅仅针对弯曲外载， 如果外载荷也是沿轴向的， 则轴向预载对刚度的影响作用消失， 轴向刚度不变 （忽 略截面积因拉伸而变化） 。强调一句，图 8 中的横纵弯曲梁和一度超静定直梁的 受力不符合线性假设，CAE 分析中必须用非线性算法。
Ebh3 / 12 。现在问:如果重量不变，梁的宽度、长度均不变，选用哪种材料使该
梁在 YZ 平面的截面抗弯刚度最大？我们把该抗弯刚度的公式变一下形——
Eb(m/( bl ))3 / 12 ( E / 3 )(m4 /(12b2l 3 )) ，其中 m 是质量、l 是梁长，ρ 是密度，b，
最后提一个思考方法在动力学分析常用达朗伯原理即把材料的惯性力当成静态载荷加到结构中去用静力学的方式来分析动力学问题对于上面处于第一阶振型的简支杆件其处于某一个振动位置各处的惯性力分布如图10所示不过可惜我们在分析静态承载结构的时候较少碰到这种复杂载荷工况我们在调节静载刚度的经验也许不能直接的运用到动载刚度的调节但或许可以借助相近的静载刚度问题猜测哪里是最有效的局部刚度加强区比如这个问题就可借助本文第1所示结构的经验猜测到中央区域可能是对第一阶振动频率最有效的局部刚度加强区事实也正如此
机械设计基础中的CAE原理与应用
机械设计基础中的CAE原理与应用在机械设计领域中，计算机辅助工程（CAE）是一种应用广泛的方法，它通过计算机模拟和分析技术，对机械系统的设计进行预测、分析和优化。
CAE技术的出现，为机械设计师提供了一种高效、准确的工具，能够在设计阶段就对产品的性能、可靠性进行评估，帮助设计师在短时间内找到最佳方案。
本文将探讨机械设计基础中的CAE原理与应用。
一、CAE的基本原理CAE是计算机辅助工程的缩写，它的基本原理是利用数值计算方法和仿真技术对机械系统进行建模、分析和优化。
CAE主要包括结构力学分析、流体力学分析和热传导分析等方面。
在机械系统设计中，CAE可以帮助设计师预测产品的受力情况、变形情况以及温度分布等，并通过分析这些数据来评估产品的工作性能。
二、CAE在机械设计中的应用1. 结构力学分析结构力学分析是CAE技术中应用最广泛的领域之一。
通过结构力学分析，设计师可以对机械零部件的受力情况进行准确的评估。
例如，在设计机械零部件时，可以通过CAE技术分析零件的应力分布情况，以确保零件的强度和刚度满足设计要求。
此外，结构力学分析还可以帮助设计师优化零件的设计，减少材料的使用量，降低成本。
2. 流体力学分析流体力学分析是CAE技术另一个重要的应用领域。
在机械设计中，流体力学分析可以帮助设计师分析液体或气体在机械系统中的流动情况。
例如，在设计管道系统时，可以通过CAE技术模拟流体在管道中的流动速度、压力分布等，以确保管道的设计符合流体力学要求。
此外，流体力学分析还可以帮助设计师改善流体系统的性能，提高能量利用效率。
3. 热传导分析热传导分析是CAE技术在机械设计中的另一个应用领域。
在机械系统中，热传导分析可以帮助设计师评估机械零件的温度分布情况。
例如，在设计发动机冷却系统时，可以通过CAE技术模拟冷却液在发动机中的流动情况，以评估零件的温度分布情况。
通过热传导分析，设计师可以找到可能存在的热点，并采取相应措施降低零件的温度。
机械设计基础了解机械设计中的CAE技术
机械设计基础了解机械设计中的CAE技术机械设计作为一门复杂而重要的学科，其涉及的技术不仅需要基本的设计能力，还需要了解并运用到一系列的辅助工具中。
计算机辅助工程（Computer-Aided Engineering，简称CAE）技术在机械设计过程中起着重要的作用。
本文将介绍机械设计中的CAE技术及其在实际工程中的应用。
一、CAE技术概述CAE技术是利用计算机辅助工程软件来模拟和分析产品性能的一种方法。
它通过建立适当的数学模型，并利用数值分析的方法，对产品的结构、材料、工艺等进行模拟和分析，从而预测产品的性能并进行优化设计。
CAE技术在机械设计中的应用非常广泛，包括结构分析、热传导分析、流体力学分析等。
二、CAE技术在结构分析中的应用在机械设计中，结构的强度和刚度是非常重要的考虑因素。
CAE技术可以通过有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）来模拟和分析结构的应力、变形等性能。
首先，通过在计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）软件中建立结构的几何模型，然后将模型导入FEA软件中进行网格划分和材料属性定义。
最后，利用数值分析方法求解方程组，得到结构在不同工况下的应力和变形分布情况。
这些分析结果可以帮助设计师快速评估结构的安全性，并进行相应的优化设计。
三、CAE技术在热传导分析中的应用热传导分析是机械设计中另一个重要的方面。
在某些机械设备中，由于工作条件的不同，会产生大量的热量。
如果不合理处理这些热量，可能导致机械设备的过热，进而影响其正常运行。
CAE技术可以通过热传导分析来模拟和分析热场的分布情况，从而帮助设计师优化散热方案。
在热传导分析中，需要建立热传导方程和边界条件，并利用数值方法求解得到温度场的分布情况。
这些分析结果可以指导设计师选择合适的材料和散热方式，以提高机械设备的热传导性能。
四、CAE技术在流体力学分析中的应用流体力学分析在机械设计中也占据重要的地位。
CAE分析时应注意的问题
[分享]如何成为一个合格的分析工程师mit的例子在产品设计过程中能够充分考虑到多种因素，可以使设计出的产品更加可靠和具有市场竞争力。
但是在传统的机械结构设计中，工程师所依靠的常常是设计规范和设计经验。
对于常见结构，传统的设计可以保证结构的安全性，不能保证设计的最优性，不利于结构设计的经济性。
对于复杂的结构，这样的设计甚至连使用的可靠性都无法合理的考虑。
在这样的背景下，计算机辅助分析开始在机械结构设计中发挥出越来越重要的作用。
作为现代数值模拟方法在工程领域的应用，计算机辅助分析可以在设计阶段对结构进行校核、优化，使工程师在产品未生产之前就对设计的经济性、安全性有所认识。
在各种CAE的工具中，有限元方法是相对较为成熟的，也是在工业领域应用最广的。
在有限元天地中，将介绍有限元分析的相关理论和学习有限元程序的经验。
由于本人专业所限，有限元分析天地中所指分析将特指结构分析。
在本文中我将谈谈如何成为一个合格的有限元分析工程师。
作为一个合格的有限元分析工程师，至少应该具备以下三个方面的技能和经验：坚实的理论基础，包括力学理论（对于结构有限元分析工程师）和有限元理论必要的程序使用经验，对常用的商业有限元分析程序能够熟练应用工程实践的经验，对于不同的工程问题能够准确的做出判断和确定分析方案在这三个方面中，比较容易解决的是程序使用，通常盗版软件和程序教程是很容易获得的，一般通过一些练习题就可以很快掌握程序的使用。
所以，有很多初学者在用几个练习题熟悉了一个或几个程序以后就以为自己可以做一个分析工程师了，这是极端错误的。
练习题与工程分析的差别在于，在做练习题的时候，拿到手边的已经是简化好的模型了，结构已经简化好了，分析类型已经设定，边界条件和载荷条件已经确定，计算完成后，能够看到和教材上一致的结果就算是完成了。
在这个过程中，学习者只学到了程序如何使用，这个过程，不用说大学生，高中生都可以完成。
在做工程分析的时候，情况就完全不同了，没有人给你指定模型的简化、分析类型，边界条件，在计算完成后，还需要对结果进行分析和评价。
材料参数在CAE分析中的应用
材料参数在CAE分析中的应用在CAE分析中，材料参数主要用于以下几个方面的应用：1.弹性模量和泊松比：弹性模量是描述材料在受力后恢复原状的能力，泊松比则衡量了材料在受力时体积的变化情况。
这两个参数可以用来模拟材料的弹性行为，帮助分析师预测和优化产品的刚度和变形情况。
2.屈服强度和延伸率：屈服强度是描述材料在受力后开始塑性变形的极限应力，延伸率衡量了材料在断裂前可以承受的应变程度。
这两个参数用于模拟材料的塑性行为，帮助分析师评估产品在受力过程中的强度和可靠性。
3.硬化曲线和流变参数：硬化曲线描述了材料在受力过程中逐渐增加的应力-应变关系，流变参数衡量了材料的应变速率效应。
这些参数对于模拟材料在复杂加载条件下的行为非常重要，例如在高速冲击、振动加载或者可变加载速率下的应力分析。
4.破裂韧性和断裂韧度：破裂韧性和断裂韧度是描述材料在断裂前能吸收的能量以及抵抗裂纹扩展的能力。
这些参数用于模拟材料的断裂行为，帮助分析师评估产品的耐久性和抵抗破坏的能力。
5.热膨胀系数和导热系数：热膨胀系数描述了材料在温度变化下的伸缩行为，导热系数描述了材料对热传导的能力。
这些参数用于模拟材料在热环境下的性能，帮助分析师预测产品在温度变化或者热载荷下的应力和变形情况。
通过对这些材料参数的准确描述和合理选取，CAE分析可以更加贴近真实的物理行为，提供准确的预测和指导，降低产品开发的成本和风险。
此外，材料参数的变化可以帮助分析师进行产品优化设计，例如改变材料的成分或者结构，从而提升产品的性能和可靠性。
总之，材料参数在CAE分析中扮演了关键的角色，对于产品设计和工程决策具有重要的影响。
准确选择和描述材料参数将会提高CAE分析的精度和可靠性，并对产品开发提供重要的指导和决策依据。
CAE软件操作技术的某些关键问题
CAE软件操作技术的某些关键问题作者：张晓武秀根来源：《计算机辅助工程》2010年第02期作者简介: 张晓(1986—),女,山东潍坊人,硕士研究生,研究方向为固体力学与数值模拟.(E-mail)dawning860916@1在MSC Marc中模拟螺栓预紧力的基本方法MSC Marc中模拟螺栓预紧力主要可以通过截面法、渗透接触法和等效力法实现. 这里介绍采用截面法施加预紧力:通过螺杆某处横截面将螺杆截断,并分别定义为截面A和B(见图1). 在截面外图 1截面法施加预紧力示意图创建1个控制节点(control node),并与截面A和B建立overclosure tying连接,用以控制截面A和B的相对位移,在控制节点上以边界条件的方式施加预紧力P,实现对螺栓预紧作用的模拟.具体的操作方法为:Modeling ToolsMatching BoundariesNew3D SolidAutomatic mesh splitting method:planeNormal001 ->以预紧力的方向为z轴方向为例Split Mesh ->选择欲创建截面处节点Create TiesNode 2->将螺杆上表面中心点向上偏移复制作为控制节点,并选择此控制节点,则创建overclosure tying 69连接.2用MSC Nastran计算时如何设定不输出的DBALL文件?在用MSC Nastran进行有限元分析时,结果文件默认生成占空间很大的DBALL文件,而该文件对分析者往往用处不大,因此可以通过2种设置方法使MSC Nastran提交计算时不生成DBALL文件:(1)进入MSC Nastran用手工提交计算界面,输入scr=yes之后进行分析.(2)进入MSC Nastran安装目录,如果安装在D:\MSC.Software\MSC.Nastran目录下,则进入此文件夹找到conf文件夹,打开里面的NAST20051.rcf文件(不同版本文件名略有差别),在最后1行写入scr=yes即可.另外,用MSC Patran向MSC Nastran递交运算时的参数也可在NAST20051.rcf文件中设定,如缓存、存放临时文件的目录、调用内存等.3如何保证CAE分析中的单位一致性?有限元软件内部没有单位的概念,所以分析者必须自己保证所用单位的一致性. 例如,长度单位选择mm,质量单位选择t,时间单位选择s,则力的单位就必须为N, 其他需要输入物理量的单位均由这4个基本单位换算而来,如输入弹性模量E的单位就必须换算为MPa. 表1列出几组常用的单位体系,每组都保证单位的一致性.表 1满足一致性的单位体系长度单位质量单位时间单位力的单位mmtsNmmg106sNmmkg106skNmmkgsN4何种情况下使用MPC单元?MPC全称为Multipoint Constraint,目的是将不连续的、自由度不协调的单元网格连接起来,而不需要连接边界的节点完全一一对应. MPC一般用于:(1)任意梁、板壳单元和实体单元之间的模型装配;(2)作为载荷的施加点,如要对某个截面上的多个点施加位移或者力,特别是对整个截面施加弯矩,就可以使用MPC 把多个点的位移、力和弯矩施加到1个点上;(3)将螺栓孔附近的节点通过MPC约束来近似模拟螺栓连接.5在MSC Patran中如何撤销已选择的单元或节点?当模型较大且选择较多单元或节点时,如果使用Backspace键撤销选择会浪费较多时间,但采用以下2种方法可以快速撤销已选单元:(1)双击选项框;(2)充分利用快捷键Tab,同时按下Tab键和Shift键.通过这2种方法就可以1次选中要删除的所有单元或节点,然后1次性删除即可.6在LS-DYNA中简化积分时怎样避免或减小沙漏?在显式动力分析中采用简化积分可以极大节省数据存储量和运算次数,并且在大变形分析中更加适用. 但是,简化积分会出现沙漏(零能模式),因此需要有效控制分析中可能出现的沙漏变形,控制沙漏的方法有:(1)尽可能使用均匀的网格划分;(2)尽量避免单点载荷;(3)由于全积分单元不会出现沙漏,用全积分单元定义模型的部分或全部以减小沙漏;(4)全局增加模型的体积黏性.7在HyperMesh中如何改变壳单元的方向?前处理有限元软件HyperMesh划分好面网格后,可能会存在同一个面上单元方向不一致的情况(颜色光亮度有一定差异),在后续施加面载荷或定义单面接触时需要改变壳单元的方向,使同一面上壳单元的方向一致. 修改方法为:(1)在主菜单区选择Tools ->normals;(2)通过组件或直接选择同一面上的单元,并采用color display normals显示方式,点击display normals,由此直观地通过蓝红2种颜色的单元将不同方向的单元区分开来;(3)在orientation中选择面上的1个单元,点击adjust normals,则所在面上壳单元的方向都改为orientation中所选单元的方向.。
材料参数在CAE分析中的应用
材料参数在CAE分析中的应用材料参数在计算机辅助工程（CAE）分析中扮演着重要的角色。
CAE是一种利用计算机辅助方法对产品进行多学科的工程分析的技术。
通过对材料参数的准确建模和应用，可以更好地预测和优化产品的性能、寿命和可靠性。
以下将详细探讨材料参数在CAE分析中的应用。
首先，材料参数在有限元分析中的应用非常重要。
有限元分析（FEA）是CAE的核心技术之一，用于解决结构和部件的行为问题。
在有限元分析中，材料参数如弹性模量、屈服强度、断裂韧度等直接影响了模型的刚度和强度。
正确选择和应用这些参数可以准确预测部件的应力应变分布和变形情况，从而指导设计和制造工艺。
其次，材料参数在疲劳分析中也起着关键作用。
疲劳分析是评估材料、结构和部件在长期循环载荷下的寿命和可靠性的方法。
材料参数如疲劳极限、疲劳强度系数等用于建立材料的疲劳行为模型，以确定部件的使用寿命。
在CAE分析中，通过准确地对材料参数进行建模，可以预测材料或结构在实际工况下的寿命，并据此做出相应的优化和改进。
另外，材料参数在热力学和热传导分析中也具有重要作用。
热力学分析是研究材料在热力学状态下的性能和行为的方法，如热膨胀系数、导热系数、热导率等。
这些参数用于模拟和分析材料在温度变化和热负荷下的热应力和温度分布。
同时，热传导分析用于解决热传导问题，对材料参数的准确建模有助于预测材料的温度分布和传热性能，从而及时发现潜在的热应力问题并进行优化。
此外，材料参数还影响流体力学分析中的流体和结构相互作用。
流体力学分析（CFD）用于研究流体流动和传热问题。
在CFD分析中，材料参数如密度、粘度等被用于描述流体的力学性质，而这些性质直接影响了流体在管道、泵、阀门等设备中的流动行为。
通过准确建模和应用材料参数，可以预测流体流动和传热过程，并找出流体和结构相互作用的潜在问题。
总之，在CAE分析中，材料参数的准确建模和应用对于预测产品的性能、寿命和可靠性至关重要。
正确选择和使用材料参数可以提高CAE分析的精度和可靠性，从而指导产品设计、改进制造工艺和预测产品寿命。
CAE背景知识
CAE类销售知识1.什么是CAE？CAE的中文意思是“计算机辅助工程”（CAE，Computer Aided Engineering），是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术。
CAE是指用计算机对工程和产品的运行性能与安全可靠性分析，对其未来的状态和运行状态进行模拟、及早地发现设计计算中的缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。
CAE软件是结合计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学和现代计算技术，而形成的综合性、知识密集型信息产品。
2.CAE软件能为客户带来哪些效益？a)减少试验，降低开发费用和周期b)提高了整个设计过程的可靠性c)单次设计循环代价降低，可进行系统优化d)规范研制流程，简化管理工作e)容易形成具有继承性和累积性的知识系统3.CAE软件常采用的数值方法有哪几种？a)有限差分方法(FDM)b)有限元法(FEM)c)有限体积法(FVM)d)边界元法（BEM）4.FDM(finite difference method有限差分法)适合哪种类型的分析？有限差分法是用来解决不连续介质问题的5.有限元法FEM(finite element method有限元法)适合哪种分析类型?有限元的理论基础是连续介质理论，因此运用有限元方法及有限元程序来分析解决连续介质构件问题比较理想，如金属结构受力大型通用有限元商业软件：NASTRAN，ASKA，SAP，ANSYS，MARC，ABAQUS，JIFEX等6.边界元法BEM（boundary element method）适合哪种分析类型?边界元法（boundary element method）适合声学仿真软件7.有限体积法（Finite Volume Method）适合哪种分析类型有限体积法适合流体力学仿真软件；8.CAE软件的发展受哪些因素的影响？a)计算机技术的发展b)CAD技术的发展c)CAE人员水平的提高（技术、认识）d)CAE软件的蓬勃发展e)CAE在科研和工程设计中重要地位9.CAE仿真的基本流程是什么？a)对问题进行初步分析，并进行合理简化；b)选择合适工具，并进行建模和网格划分；c)选择合适的数值模型和物理模型，设置相关的初始条件、边界条件、载荷条件；d)提交计算；e)得到计算结果，进行合理性分析，并形成计算报告。
cae仿真技术在工程力学教学中的应用
0引言工程力学是机械及近机械类各专业的一门重要的专业基础课。
对于高职高专学生而言，工程力学概念多且抽象、公式深奥，学生普遍感到难学，学习积极性不高[1]。
加上工程力学教学课时不断减少，学生综合素质下降，在有限的课时内要达到预定的教学效果，这是每一位工程力学教师面临的一大难题[2][3]。
随着计算机技术的发展，仿真软件日益丰富，采用ANSYS workbench 有限元分析软件辅助工程力学教学，有效帮助学生理解课程中的抽象概念，软件自动生成的云图、动画直观展示构件受力后的变形及应力分布，还能定性分析应力应变的影响因素，省去了繁琐的公式推导，节约了课堂时间，提高了学习效率，取得了良好的教学效果[4]。
1CAE 仿真软件概述计算机辅助工程CAE （Computer Aided Engineering ），指用计算机辅助求解分析复杂工程和产品的结构力学性能，以及优化结构性能等。
ANSYS workbench 软件是由美国著名的ANSYS 公司研发的大型CAE 仿真软件，通过该软件，将CAD 模型构造成有限元网格模型，再施加载荷和边界条件后，运行求解即可得到分析结果。
2ANSYS workbench 软件仿真在工程力学教学中的应用工程力学包括静力学和材料力学两部分，传统的教学方法是教师在课堂上讲解基本概念、推导公式、讲解习题等。
工程力学概念多且枯燥，公式多、计算多[2]。
重理论轻实践的教学方法使学生缺乏学习兴趣，造成学习困难、分析解决问题的能力差。
采用仿真技术辅助工程力学教学，可以从以下方面入手。
2.1利用仿真将抽象的概念可视化，引导学生深入理解理论知识工程力学中有些概念很抽象，如静力学中约束的概念往往使学生很头疼，无法理解。
通过ANSYS workbench 软件中的边界条件设置来说明约束的概念及约束反力[8]。
工程力学的研究对象以梁、杆为主，梁杆约束以铰支和固支居多。
有限元软件中的Fixed Support （固定约束），在顶点、边或面上约束所有的自由度，对于壳或梁，限制x ，y 和Z 方向的平移和转动，对应的就是静力学中的固定端约束。