如何分析装配体中某一个零件的静强度

minoz

前两天，有一位CAE朋友给我发了一封邮件，讨论如何在装配体中分析单个零件的强度问题。我觉得他提的问题很有代表性，就转帖如下，希望能够得到大家的意见。

问题是这样的，两根杆件如图连接，现在仅要对水平杆做静强度分析。

这位朋友采用了两种方法来计算水平杆的强度问题。

（1）在连杆右端孔全约束。

（2）约束右端孔的轴向和径向位移，释放切向位移，在左端寻找一点约束垂直位移。

他做了以后，觉得两种方法都不对。那么到底应该怎么处理这个问题呢？

首先应该指出，这位朋友的模型是有问题的，按照这个模型，E杆会受到力矩的作用而加速转动，从而A杆也是如此。所以这是一个动力学问题，从而，在不同的时刻，A杆的强度都是不一样的。所以不能对它做静力学分析。

但是，我们现在抛开这点不管，假设E杆上面施加了一个力，从而使得整个结构处于静力学平衡状态，那么该如何分析A杆的静强度呢？

这个问题非常有代表性，事实上我一直在关注这种类似的问题，本来我是准备下个学期开始再转入到这种装配体问题的研究的，但是现在看到越来越多的朋友遇到了这种问题，而且希望精确的解决这种问题，看来是等不到下个学期了。所以首先把这个问题公布出来，看看大家的意见。

先简单说明我对这个问题的看法。

这个问题看似简单，只是两根杆件连接。但实际上这位朋友提出的问题却非常好，他要问的问题，抽象一下就是说，如何在一个复杂的装配体中分析单个零件的静强度？

在我看来，这个问题至关重要。因为我们在实践中遇到的大多是装配体，而在分析的时候我们并不总是希望分析装配体中所有的零件，而只是对某个零件的强度感兴趣，那么此时该如何处理这样的问题呢？

我感觉，有这样几种解决方法：

（1）如果E杆只发生了非常微小的位移，那么可以认为A杆右端是没有位移发生的。此时可以对A杆端内孔使用圆柱约束的方式，就是这位朋友提到的“约束右端孔的轴向和径向位移，释放切向位移”的方式。实际上，这就是单根杆件的受压缩问题。这是典型的材料力学问题。按照材料力学，在受压时，杆件中间部分任何一个横截面上只有正应力，且等于力F除以受力面积。而在两端，则应力在增加。左端和右端应力都较大。另外，要指出的是，按照这位朋友给出的施加集中力的方式，实际分析恐怕不能这样做，应该用一个小的受力面积来承受这个力才是。

（2）如果E杆发生了一定的位移，那么可以认为A杆右端是一个水平弹性支撑。可以计算出此弹性支撑的刚度，然后用一个弹性支撑来表达右端的约束。在这个情况下，本问题的答案应该与（1）类似。

（3）如果要进行非常精确的模拟，这种模拟的目的是要仔细考察E杆右端孔周围的应力情况，那么就需要首先选择整体为研究对象，做一个静力学计算，然后把A杆孔上所有节点的位移提取出来，然后在分析A杆静强度时，作为位移边界条件加到A杆的右孔面上。然后做静强度分析。

（4）如果这是一个动力学问题，那么恐怕很难把A杆隔离出来分析，而只能在一个装配体中考虑。对于这一点我并不完全确信。

那么大家对这个问题有什么看法呢？欢迎一起讨论。

转自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_9e19c10b0101june.html