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机械零件早期设计阶段图形驱动人机交互式有限元应力重分析
Sachin S. Terdalkar, Joseph J. Rencis∗
摘要
这篇论文提出了一种新的图形驱动的人机交互式有限元应力重分析技术，使工程师可以在早期设计阶段轻松地手动改变机械零件的几何形状。该接口允许工程师用商业有限元软件ANSYS代码对机械零件进行建模，然后修改部分形状以即时观察应力和位移等线图的变化。重分析技术是用来提高求解修改问题的计算性能，以便在较短的时间里获得一个在可以接受的精度范围内的结果，以强调在设计过程中交互的本质。
三个模型实例用来展示图形驱动有限元技术重分析技术的有效性。选用的有限元单元类型是基于均匀，各向同性，线性弹性材料基础上的一个平面应力四节点四边形单元：前两个问题考虑的是一个带有孔的板和一个带有倒角的板。这两个例子表明，通过改变孔和倒角尺寸或形状，工程师可以在应力集中系数的基础上手动获得最佳设计，即工程师驱动的优化过程。每个案例研究均考虑了多种重新设计。一种组合近似重分析方法被用于解决每一个重新设计的问题。第三个案例研究考虑的是一个支撑托架。我们的目标是使设计的支架悬臂部分具有均匀的强度，并尽量减少圆角处的应力集中。
1．简介
1.1 设计过程
工程设计是设计系统，组件或满足预期需求的一个过程。这是一个决策过程，在这个过程（通常迭代）中我们应用基础科学，数学和工程科学转换最佳资源来达到上述目标。
设计过程本质是应用创造力的一次锻炼，很多种“设计流程”已被定义为用来帮助解决“非结构化的问题”，即问题定义很模糊，而且存在多种可能的解决方法。设计过程可以通过Fig.1的流程图更好的阐述。