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一个“伤芯”的故事——土豆接触应力仿真分析(附APP)

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发表于 2021-12-10 16:59:03 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 亚太地区
曾经有一个漂亮的土豆(图1)摆在她的面前,女儿选择了珍惜。当**妈切开土豆(图2)的时候,我阻止了女儿的追悔莫及。菜市场最为难女人的事情莫过如此。如果上天可以给女儿一个再选一次的机会的话,我会对她说六个字:“坚持你的选择”。如果非要把这份坚持加上一个期限,我希望是一辈子。

图1 外观完好无损

图2 内部黑褐色压斑

“至尊宝师傅,你醒醒啊!”老婆不耐烦的说,“别贫了,土豆事小,女儿的疑问事儿大。你看看这土豆,芯都压坏了,但外表却好好的。你不是工程师吗?快给我们解释解释这是咋回事。”

“没错,有困难找工程师!且听为父娓娓道来。”于是我开启了传道授业解惑模式:“其实,这个问题出在土豆的包装运输上。为了提高运输效率,土豆在装车运输时都是一层压一层,被压在底层的土豆承受着上层土豆的压力,层数一多,‘内伤’便如此形成了。”

“那么问题来了,土豆在装车运输时受到的外部压力为什么没有让其表面先被压坏,反而是先伤到了其内部呢?”我自问自答,“这是一个典型的接触力学问题,早在1882年,德国的物理学家赫兹就发表了关于接触力学的著名文章《关于弹性固体的接触(Onthe contact of elastic solids)》,并推导出了接触应力和法向加载力,接触体的曲率半径,以及弹性模量之间的关系。”说到这里,我抄起粉笔在女儿的小黑板上写出了如下图所示的接触示意图和公式。整个过程一气呵成,我觉得当时的我一定帅呆了。

图3 板书想象图

“停!”孩子**一声大喊,“现在变唐僧了?你这样背书、背公式,别说孩子了,就连我这个‘品学兼优’的研究生都听不懂。”说完拉着女儿就走了。

士可杀,不可辱!工程师也是。为了捍卫尊严,我把自己关进了小书房,开始反思:是刚才说话的方式应该简单点?递进的情绪也要省略点?我想都不是,应该是研究问题的方式要更先进点,呈现结论的方式更直观点。于是,我放下了粉笔,抄起了Simdroid。

说干就干,先是几何建模,将土豆简化为球体,下面加一块钢板,如下图所示:

图4 土豆接触问题几何模型

接着网格划分:

图5 土豆接触问题网格模型

然后是创建材料、建立接触、添加约束、加载、求解计算、结果后处理。最后是结果分析,从应力云图上看结论显而易见:土豆在上半部分受到竖直向下的压力时,剪应力最大的地方不是在接触面上,而是在土豆的内部。整个过程一气呵成,我觉得当时的我一定帅呆了。

图6 土豆界面剪应力分析结果

人不能两次踏入同一条河流,也不能两次在同一个坑里跌倒,工程师也是。随后我快速冷静了下来:这一次仅仅是将研究问题的方式从第二范式变成第三范式(此时心中仿佛有个声音再说:“受不了了,又在拽名词!”一个声音高喊着:“请尊重一个工程师的B格!”),还应该让呈现的方式更直观一点,如果再加入一点互动,那就完美了。

说干就干,这一次我抄起了“APP开发器”。简单“拖、拉、拽”,整个仿真流程都被封装在一个简易的APP里,同时进行了几何尺寸和压力载荷的参数绑定。在APP界面上只需要简单拖动就可以选择不同大小的土豆和压力,一键完成计算和结果后处理。简单直接,又有一定的游戏式交互体验。

一顿操作猛如虎,界面一看真舒服。为了让女儿能够在Pad上体验,我把APP上传到了Simapps网站上。这下就可以让女儿自己探索土豆被压伤的部位不在表面而在其内部的原因了。

果然,APP的颜值吸引了女儿的注意,孩子**也凑过来了,看到“女儿的CAE分析结果”,这个“品学兼优”的研究生也表示秒懂了。我想老婆当时心里的我一定帅呆了。


于是,我不失时机地收起了得意,故作谦虚的说:“为父惭愧啊,虽然土豆受内伤的事情解释清楚了,但还是无法避免买到有内伤的土豆啊!”老婆会心一笑说(她知道我是在要表扬):“不要在提出问题的层面解决问题!如何看出土豆的内伤很难,但不让土豆受伤其实很容易。这是个管理问题,你不懂。不过,我支持你对女儿说的六字箴言‘坚持你的选择’。人一生面临很多选择,有时事情还会超出我们的认知。我也希望女儿能够做一个果敢的人,始终坚持做当下能够做出的最佳选择……”

“救命啊,唐僧来了!”我拉起女儿的手边笑边跑,留老婆一人在书房里凌乱。嗯,“大仇得报”的感觉真好!

作者注:文中仿真分析由于目的仅为定性解释土豆内伤现象,因此为了方便建模和提高计算效率,网格较为粗糙,其它参数也不尽准确。更严谨的分析,需要采用更细密的网格和接触面局部加密措施,土豆的几何和材料参数也需要更准确的数据。感兴趣的朋友,扫下方二维码,开始打土豆吧。

从上文的布局、措辞,尤其是家庭“角色”,很明显可以看出作者是个典型的工程师代表。欢迎你们这群好玩、有趣、有情怀、有故事的工程师们,都来讲讲你的故事,抄起Simdroid,把你的场景也整出来吧。

Simdroid是由云道智造开发的基于“仿真平台+仿真APP”模式的通用多物理场仿真平台。该平台具备自主可控的结构、电磁、流体和热四大物理场求解器和多物理场仿真内核,在统一友好的环境中为仿真工作者提供了前处理、求解分析和后处理工具,同时其内置的APP开发器支持用户以无代码化开发的方式便捷封装全参数化仿真模型及仿真流程,将仿真知识、专家经验转化为可复用的仿真APP,实现知识变现。仿真APP通过APP商店Simapps 实现在线展示、交易,用户通过云端快速、便捷、低成本使用各类工业APP,真正实现普惠仿真的愿景。注册申请Simdroid试用www.simapps.com/user/my.action




发表于 2021-12-14 17:16:32 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
Simdroid开发平台
太强了6666666666
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发表于 2021-12-15 16:55:11 | 显示全部楼层 来自 湖北武汉
厉害呀,顶一下
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发表于 2021-12-22 15:45:08 | 显示全部楼层 来自 江西
厉害哦:):)
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发表于 2021-12-22 20:18:09 | 显示全部楼层 来自 湖南湘潭
厉害了,顶以下CAEFEAf
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发表于 2021-12-29 15:40:02 | 显示全部楼层 来自 湖南长沙
大佬做的很厉害
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发表于 2021-12-29 20:56:31 | 显示全部楼层 来自 香港
学习啦!很感谢大佬
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发表于 2022-1-5 18:10:51 | 显示全部楼层 来自 中国
厉害,大佬做的学习下
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发表于 2022-1-25 17:11:27 | 显示全部楼层 来自 中国
很厉害也很有趣!
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发表于 2022-1-29 11:08:33 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
专业且有趣
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发表于 2022-2-3 11:21:43 | 显示全部楼层 来自 中国
优秀啊老哥
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发表于 2022-2-12 00:42:24 | 显示全部楼层 来自 吉林白山

优秀啊老哥
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发表于 2022-2-24 20:05:15 | 显示全部楼层 来自 中国
6666666666
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发表于 2022-3-8 20:24:16 | 显示全部楼层 来自 北京
学习努力 进步
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发表于 2022-3-9 10:36:33 | 显示全部楼层 来自 北京
66666666666
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发表于 2022-3-10 09:23:31 | 显示全部楼层 来自 中国
很有趣,学习了
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发表于 2022-3-27 15:22:35 | 显示全部楼层 来自 河北张家口
佩服了,大神厉害!
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发表于 2022-4-20 08:57:26 | 显示全部楼层 来自 广东佛山
666这也太棒了
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发表于 2022-4-24 14:22:24 | 显示全部楼层 来自 河北
厉害了,这真是太优秀了。
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