利用3D CAD能够实现的兼顾强度的机械设计

在3D机械设计中，虽然进行基本的强度计算，但是因强度不足原因出现的问题却并未消除。原因是未对每一个零件的强度都进行完美的计算。然而这并不是设计人员忘记了计算，而是无法计算。作为其对策，当使用3D CAD时，能够进行兼顾零件强度的机械设计。

 

强度的定义是，材料具有的对变形和破坏的抵抗力。简言之，树脂零件能够用手弯曲，但同样形状的铁制零件却不能用手弯曲，故可以说它强度大。与机械设计相关学科有“材料力学”，而与强度相关的因素有“应力”和“应变”，还确立了它们的计算方法。

 

对于构成机械的零件，只有少数能够完美地计算强度。诸如“齿轮”、“螺栓”、“梁”等。因为它们形状单纯，能够用材料力学公式简单计算。但是其他零件形状并不单纯，无法使用公式。因此设计人员都是凭借经验或直觉来推测强度，最后通过试制实验来验证推测是否正确。其结果是，每当推测错误时，就必须进行设计变更，从而延长了开发周期。

以下图为例说明，左侧的钣金零件由于形状单纯，能够使用公式计算，但是两个开孔的钣金零件就无法计算强度。那么，当在该零件的中央施加载荷时，有一个孔的零件和有两个孔的零件究竟哪个强度更大？

通常可以这样推测：孔少的零件面积大，强度就高，但果真如此吗？设计人员平时就是凭借经验或直觉进行这样的判断的。
现将实际的强度利用由CAE解析出的应力分布示出如下。

一个孔的钣金零件，其应力较大的深色部分较多，由此可知强度较低。这说明实际情况与推测结果恰恰相反。

 

凭借经验和直觉来研讨强度，就如同仅凭面对面诊察就猜对了体内的病灶一样。而实际上，医生是通过X光、MRI等手段来检测体内的病灶从而作出正确的诊断的。
在3D CAD中能够使用被称为CAE的解析工具，能够使如上图所示的零件应力分布可视化。由此可以不依赖于经验和直觉进行正确的诊断，能够进行兼顾强度的设计。

 

设计中途的零件形状每日都在发生变化。与3D CAD联动的CAE能够配合零件变化使强度可视化，因此设计人员能够始终兼顾强度进行设计，由于减少了返工，提高了质量，因此能够缩短开发周期。

＊现在的CAE操作非常简单，设计人员甚至能用它取代计算器，由于被设计人员积极使用故被称作“设计人员CAE”。