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经典图书 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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