有限元仿真实践原理：理解结果和设计变更_Altair文档

基于应力和位移云图

第一步是注意最大位移和应力的位置。另外也要找到最小位移和应力的位置。减少应力和位移的一条普遍规则是提供一个在最大应力/位移位置和最小应力/位移位置的链接（加强肋等）。

使用应变能云图来修改

单元应变能图能提供模型修改的思路。应变能是存储在单元内的弹性能力，定义为应力*应变*体积。推荐在应变能最大的地方进行修改（增加刚度、材料等），从优化的角度来讲，低应变能区域可以用来进行螺栓连接、焊接或去除多余的材料。

在尖角处失效

建议添加圆角和光顺。

使用圆角代替尖角

如果失效出现在圆角——扩大圆角

如果失效是发生在比如椭圆孔的地方-将其旋转90度或选择圆形的孔

载荷并没有分布在螺栓之间—重新设计螺栓的位置

在上图中，上面的螺栓承受了大多数的载荷而下面的螺栓却没起多大作用，如上图。重新安排螺栓分布在水平轴向上，减少了应力且没有增加额外的成本。

如果部件柔度太大—增加肋/加强板

添加肋或者加强板可以显著的减小位移和应力。

额外的支撑/固定

考虑一个简单的支撑轴（比如它固定在齿轮箱或者离合器壳里）。增加多余的支撑（轴承）会降低应力。另外，还提高了自然频率并减少噪音。

增加惯性矩

为了减少应力和位移，有时只是改变一下截面的方向也不错。比如：

选择合适的截面

推荐使用闭合的截面（矩形），不推荐C型。特别是当载荷不时对称的时候。选择是取决于设计概念的。比如，在工民建中，薄壁截面因易于使用而使用非常广泛。

尝试对称和稳定（自稳定）的设计

增加载荷传递（接触）的面积

两个接触的部件—由于表面处理，接触的位置较小导致了寿命的缩短。

如上图所示的铸件的接触表面，这种装配有较长的寿命（增加了接触面积）。

焊点有较强的剪切效应—下面的例子中可以改变失效焊点的方向

焊点抗剪切的能力较强，抗正方向载荷能力较弱。许多情况下只需调整焊点（比如将焊点的方向改变90度）即可解决问题。

弧形焊缝的应力可以通过增加两个连接部件的接触区域减少应力

下图是两个圆柱部件（黄色和绿色）内孔和外孔的连接部分。

两个圆柱部件之间有轻微过盈配合，比起焊接来，可以增加装配的寿命（没有过盈配合，所有的载荷都转移到焊缝，过盈配合可以增加载荷传递区域和减少焊接区域的应力。）

板壳部件的厚度如果小于0.8mm,要避免焊缝焊接

点焊可以用于这种部件。

引入有利的残余应力

射钉扎、渗氮、火焰和感应淬火和冷轧等方式产生有利的残余应力，可以提高器件的寿命。

简化设计并限制部件的数量

普遍规则的第一条，相比由多个部件螺栓连接或焊接装配起来的部件，单部件具有更高的强度。当产品还处于设计阶段时，建议用一个整体来设计部件。但是当产品已经开始设计，并且有失效，建议通过添加肋或者加强板来增加强度。这种情况下，设计的改变意味着抛弃现有的模具、夹具，而且某一重要工具的更改意味着需要花费大量的费用和时间。CAE工程师应适应灵活的方法和建议的最佳可行的改进设计，同时考虑成本、强度和制造方便。

增加厚度

增加的厚度应该是最后的选择，因为新模具是很昂贵的（如果现有模具的能力无法胜任新设计）。

把高强度材料用在高应力的部件

当故障发生时，高强度的材料可能是一个选项。改变材料将不需要重新运行应力分析（在线性静力分析的情况下），只需通过的最大应力值与材料的屈服/强度极限进行比较即可做出决定。

高强度的材料是昂贵的，只有当其他选项不能给出令人满意的结果时才选择更换材料。

低应力部件使用低强度材料

当应力值远低于可接受的限度，可以建议使用低强度的材料。例如现有的材料是冷轧（高强度），而报告的应力值远低于屈服应力（耐久极限），热轧材料强度低且成本低，可降作为低成本的建议。

（内容、图片来源：Altair官方文件）

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