仿真软件越来越简单！但为什么用户的分析能力没有显著提高？

    仿真软件越来越简单，工程师在一个月内可以基本掌握软件操作，但会软件操作不代表会分析问题，不代表能解决问题。

    真正掌握仿真分析，没那么简单，下文通过一个经典案例足以说明情况。

    支座通过地脚螺栓安装在混凝土地面上，支座承受水平力和垂向力。模型很简单，工况也很简单。但要准确分析受力和强度问题，没那么简单。

需要校核四个问题

1）螺栓强度

2）螺栓刚度

3）地面强度

4）是否打滑

    固定混凝土下表面，支座和混凝土上表面定义为摩擦接触(与现实相符)，支座和混凝土通过梁连接实现螺栓连接(与现实不符，是一种简化)。

    通过常用的感觉法和力矩法拧紧螺栓一般误差较大，所以实际螺栓的预紧力往往变化较大。本文分别计算预紧力为0和1200N两种场景。

    施加水平力300N，如下图所示。

    受拉侧由螺栓承担拉力，为209.29N；受压侧在仿真中由螺栓和地面共同承担压力，所以受压侧结果失真。

    根据经典计算公式，螺栓拉力公式解为200N，与仿真结果高度接近，可以相互验证。

    施加垂向力200N，如下图所示。

    根据经典计算公式，螺栓拉力公式解为100N，与仿真结果差距较大，这是为什么呢？

    仔细观察可以发现，垂向力作用位置和螺栓位置偏心，产生翻转力矩，所以产生差距，提醒我们使用公式要小心。

    螺栓预紧力为1200N，同时施加水平力300N和垂向力200N。

    螺栓轴力与轴应力如下：

螺栓弯矩与弯曲应力如下：

螺栓最大组合应力与等效如下：

    从接触状态和滑动距离可以直接得出，接触没有分离，螺栓刚度是足够的，并且没有产生明显滑动。

    可以直接查看接触压力，但需要注意，仿真得到的应力包含了应力集中现象，不能直接用于地面抗压的校核。

总结

    1）通过仿真，可以实现螺栓强度校核、螺栓刚度校核、地面是否打滑校核，但不能直接校核地面抗压强度。

    2）螺栓抗拉应力为98MPa，抗弯应力为45MPa，只考虑抗拉应力会显得考虑不足，抗拉和抗弯合计应力为144MPa；

    3）螺栓刚度校核、地面是否打滑校核，可以通过接触面结果直接校核；

    4）地面抗压强度不能直接校核，因为仿真结果包含应力集中；

    以上建立混凝土地面，虽然更加反映现实，但建模过于复杂。尝试不建立混凝土地面，使用仅压缩支撑替代。

    螺栓轴力与轴应力如下：

螺栓弯矩与弯曲应力如下：

螺栓最大组合应力与等效应力如下：

总结

    1）与建立混凝土地面相比，仅压缩支撑忽略了地面的摩擦力。只能用于校核螺栓强度。螺栓刚度、地面打滑、地面强度均不能直接校核；

    可能有读者考虑不使用仅压缩支撑。需要注意，不使用仅压缩支撑，则无法施加螺栓预紧力。

螺栓弯矩与弯曲应力如下：

    颇有耐心的读者读完此文，会感受到一个简单的小模型，居然有那么多不确定因素，居然这么复杂，超过以前的想象。

    所以笔者再次强调：会软件操作不代表会分析问题，不代表能解决问题。