正确建模原则

lin7130710 · 发表于 2010-10-31 16:25:40

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正确建模原则
1．定性力学原则
从来没有一本书命名为《定性力学》，之所以提出这个概念，是为了区别于可以精确计算出具体结果的一切经典力学。然而，正是有了这些经典力学，定性力学才有了基础，如果把前者比喻为经济基础，那么后者是上层建筑。
《定性力学》集一切力学的基本原理、原则之大成，只作指引方向的定性分析，它的判断可以是模糊的，但又是科学的。例如：对一个设计，它不关心变形到底多大，应力到底多少，它关心的是哪儿应该大，哪儿应该小；哪儿的梁柱就是梁柱，哪儿的梁柱其实不应看成是梁柱；图纸上许多过渡园角，哪些可以不必理睬，哪些则必须认真对待等等。这些判断凭借的是力学的基本原理和原则。在建模之前，充分运用定性力学的知识仔细观察与分析计算对象，对建模是大有益处的，其次，还应该注意到，充分运用定性力学知识，通过对计算结果的仔细考查以判断模型是否符合理论的期望值，这一点也很重要，因为我们所计算的工程对象在教科书上不可能找到标准答案。
以平车为例，不论是普通平车，还是大型平车，在垂直载荷作用下，从定性力学的角度看，它可以看成是一个心盘两端有外伸的简支梁。基于这样一个基本认识，建模时，该细致一些或该粗糙一些就会尽在掌握之中。如果计算结果给出的变形规律与外伸简支梁矛盾，模型中一定有问题。
2．主要矛盾原则（传力路径原则）
一个车辆结构不管多么复杂，在给定的载荷作用下，从对结构的强度与刚度贡献大小的角度看，一定有主要承载构件与次要承载构件，正象舞台上有主要角色与次要角色一样。进行建模时，一定抓住有主要贡献的承载构件，在这上面细心建模，抓住主要矛盾的模型才会有主心骨，经得起折腾与考验。
仍以前面提到的平车为例，既然宏观上是外伸简支梁，那么处于自由端的端梁就不必过细考虑，因为它既不对刚度有主要贡献，也不对强度有主要贡献。
当然，主要与次要是有条件的，相对的，可以转化的。在多载荷工况下，次要角色可以转化为主要角色。
当结构很复杂时，确认主次结构并不容易。这里，我们提出一个“力走最短路径原则”。
从外部看，结构上的外载荷，总是通过结构自身将力传递到支承边界上，并形成一个自平衡体系。由于力走最短路径，因此一般说在结构内与这些路径相关的结构往往是主要受力结构。
3．反馈原则
如果把一个工程有限元分析软件比喻为一个黑箱，那么输入是模型，输出是应力，位移，频率等响应。模型质量的好与坏能从输出响应中反应出来。
对于一个复杂的车辆工程计算问题，其计算模型几乎很少一次成功，不管软件已经为用户考虑的多么周全，对计算对象的认识是一个由浅到深的渐进过程，在这个认识过程中，充分利用计算后输出的各类信息，主动地对模型进行正反馈修改，是提高建模质量的又一个原则。
所幸的是，现在的有限元软件后处理器功能强大，输出信息极其丰富，为检查判断模型中的问题，提供了丰富的信息资源，主动自觉地利用这些资源，发现模型中的缺欠，甚至错误，如此循环直到满意，这对提高模型质量是有益的。
另外，还应当认识到计算对象有一个由浅到深的认识过程，对有限元软件本身也有这样一个由浅到深的+认识过程，软件是人设计编写的，所以它也是有脾气的，摸透它的脾气，也需要反复体验，尤其是处理问题的思路，这是反馈原则的另一层意义。

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