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圣维南原理

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为了说明问题先说一下经常被提到的蝴蝶效应,一个美国不知道叫啥的家伙说:一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。美其名曰:混沌学。

在流体中一只蝴蝶可能真的会对另外一个洲的气象产生影响(难以置信),但是流体计算中在计算本地流场时基本不会有人会考虑10米外处的蝴蝶,因为影响实在太小了。再举一个例子,假如一个很漂亮的护士小姐姐给你在左侧**上扎针,这时你的老板想让你计算在右侧**上的变形有多大,这时护士小姐姐会告诉你,变形的区域只集中在针眼方圆1平方毫米的区域内,所以右侧不但没有变形甚至左侧**离针眼稍微远一点点的地方变形也几乎等于零.
上述举例就是圣维南原理所要表达的内容,假如你老板想知道**在针眼处的变形,此时当然要考虑护士小姐姐下手的力度、针眼的粗细等因素;但如果老板不关心**在针眼处的变形,只想知道右侧**或离针眼稍微远一点处的变形,此时你根本没有必要考虑针的因素。但是这个稍远具体是多远呢?这个没有统一的标准,要根据具体的问题具体的情况作出具体的判断。

在结构分析中我们要把结构工程师发给我们的CAD模型转化为CAE模型往往会做一些合理的结构简化,比如一些小孔或倒圆角等,这些简化往往就是依据圣维南原理。下面举例说明:

mmexport1613891116738.jpg

      上图一个板材在左侧端面施加固定约束,右侧端面施加往右侧方向的大小为50N的力,结果是离圆孔稍远一些的位置的应力为20MPa,在靠近圆孔的位置,越靠近圆孔的位置应力值越偏离20MPa(孔附近的应力云图像不像一只蝴蝶呢)

mmexport1613891124242.jpg

       当删除圆孔时,在圆孔的位置的应力被改变较大,在稍微远离圆孔的位置的应力值为19.999MPa,与20MPa几乎没有改变。

圣维南原理是一个没有经过理论证明的理论,只是通过实践经验总结出来的,但是不影响在工程问题中起到的作用。

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首次发布时间:2021-02-21
最近编辑:3年前
aCOOLER
硕士 | CAE工程师 a cooler
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