了解运动模拟连载(二)将运动模拟与FEA结合使用

将运动模拟与FEA结合使用

要想懂得运动模拟和FEA在机构模拟中如何结合使用，了解每种工具的基本假设会对您有所帮助。

FEA是一种用于结构分析的数字技术，已经成为研究结构的主导CAE方法。它可以分析任何固定支撑的弹性物体的行为，如图13中所示的托架。此处弹性是指物体可变形。如果应用静态载荷，拖架会变成新的变形形状，之后将不再变化。如果应用动态载荷，拖架会围绕平衡位置振动。FEA可以研究应用静态或动态载荷情况下拖架的位移、应变、应力和振动。

图13固定支撑的拖架只能变形，不能移动。

相反，局部支撑的物体，如拖架上铰接的调速轮（图14），可以旋转而无须变形。调速轮可像刚性实体那样移动，因而该设备属于机构，而非结构。我们将使用运动模拟来研究调速轮的运动。如果将调速轮视为刚性实体，则无法计算应变和应力（详细信息请参阅附录1）。

图14调速轮作为刚性实体围绕将其连接到基体的铰链旋转（上图）。由于存在刚性实体运动（下图），因此将此设备归类为机构。

乍一看，结构与机构之间的差异可能并不太明显，如图15所示的两个设备。它们都有两个通过铰链连接到不可移动基体的摆动杆。右边的设备使用弹簧将摆动杆与基体连接到了一起。没有弹簧的设备属于机构，因为其摆动杆不能自由旋转。不论是围绕铰链旋转还是围绕平衡位置来回摆动，在摆动杆移动过程中，此设备的任何零件都无须变形。摆动杆显示的是刚性实体运动，因此将左边的设备归类为机构。设计人员可以使用运动模拟来研究其运动。

图15左边的摆动杆可进行移动，而不会发生变形，因而属于机构。右边的摆动杆在进行任何移动时都会使弹簧变形，因而属于结构。

添加弹簧会更改设备的性质，这是因为添加弹簧后摆动杆就不能在弹簧不发生变形的情况下进行移动了。摆动杆连续运动的唯一一种可能形式是围绕平衡位置来回摆动。摆动杆运动时会产生弹簧变形，因此右边的设备应归类为结构。FEA可以分析摆动杆振动，并且如有必要，还可以计算弹簧和其他视为弹性实体的零部件的应变和应力（请参阅附录2以了解有关运动模拟和FEA之间差异的更多信息）。