机械结构仿真是一种利用计算机技术和数值分析方法对机械结构进行模拟和分析的过程。它通过建立机械系统的数学模型,模拟结构在静力、动力、热、流体等载荷作用下的响应(如变形、应力、振动、疲劳等),以预测和优化产品的结构性能和设计。
核心内容
定义:利用计算机模型模拟结构在各类载荷和环境下的力学行为。
核心目标:验证结构的强度、刚度、稳定性及耐久性。
典型应用领域:
机械工程:机床刚性分析、齿轮接触应力评估。
航空航天:飞机机翼气动弹性分析、火箭结构热-力耦合仿真。
汽车工业:车身碰撞安全性模拟、底盘振动与噪声(NVH)优化。
建筑工程:高层建筑抗震性能分析、桥梁风载响应预测。
电子设备:芯片封装热应力分析、手机跌落破坏仿真。
主要分析类型
静力学分析:静态载荷下的应力与变形。
动力学分析:
模态分析:结构固有频率与振型。
瞬态分析:冲击或随时间变化载荷的响应。
谐响应分析:周期性载荷下的稳态振动。
非线性分析:
几何非线性:大变形问题。
材料非线性:塑性、超弹性或蠕变行为。
接触非线性:部件间的接触与摩擦。
热-结构耦合分析:温度场与应力场的相互作用。
疲劳分析:循环载荷下的寿命预测。
仿真流程的关键步骤
几何建模与简化:CAD模型导入,去除不影响结果的细节。
网格划分:将结构离散为有限元网格。
材料属性定义:输入弹性模量、泊松比、塑性曲线等。
载荷与边界条件:施加力、压力、约束。
求解器设置:选择分析类型、求解算法。