使用3D CAD可实现充分考虑强度进行机械设计

强度的定义是材料所具备的对于变形和抵抗破坏的能力。简单来说，一个树脂零部件可以用手使其弯曲，但一个相同形状的钢制零部件却无法用手让其弯曲。因此可以说相同形状，钢材的强度高于树脂。“材料力学”是一门与机械设计相关的学科，而”应力”和”应变”是影响强度的2个因素，且其计算方法也已经确立。

机械构成的零部件中只有少数的强度计算达到了完美的程度，如齿轮、螺栓和梁等。原因是它们的形状比较简单，可以很容易地使用材料力学公式进行计算。然而，其他形状并不简单的零部件，无法直接使用公式进行计算。因此，设计人员要凭借经验和直觉来估算其强度，最后再通过原型测试来验证他们的估算是否正确。 因此，一旦估算错误，就需要进行设计变更，开发周期也会相应延长。
以下图为例进行说明，左边的钣金件由于形状简单，可以直接使用公式计算，但右侧2个带孔的钣金件强度却无法直接计算。例如，如果在这个零部件的中央施加载荷，1个孔和2个孔零件哪个的强度更高呢？

我们通常认为孔越少，面积越大，强度越高，但事实果真如此吗？设计人员可能每天都会根据这样的经验和直觉进行类似的判断。
使用CAE对实际强度进行分析后，应力分布如下图所示。


结果会发现，1个孔的钣金件有许多深色的高应力区域，强度较低。事实上，结果与我们的预判完全相反。

根据经验和直觉来探讨强度，就类似于只依靠面对面的诊察来猜测体内的病症一样。实际上，医生会通过X射线和MRI等来将体内的病症可视化，从而做出精确的诊断。
在3D CAD中可以使用一种名为CAE的分析工具，能够将上图所示零部件的应力分布可视化。这样就可以避免依赖经验和直觉，做出精确的判断，充分考虑强度进行机械设计。

在设计过程中，零部件的几何形状经常会发生变化。与3D CAD联动的CAE 可以根据零件的变化直观地显示强度的变化，使设计人员在设计时始终能够关注到强度，减少返工，提高质量，从而缩短开发周期。
*目前的CAE被称为设计辅助CAE，由于其操作简单，设计人员可以用它来代替计算器，获得设计人员的广泛应用。