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問題來源    

    本次分析來源于實際工程問題，駕駛室吊具鋼架的工作原理如圖1所示，原吊具由繩索吊拉進行轉運，由于駕駛室轉運工藝變更，新設計吊具鋼架改為掛鉤固定，需對新設計的吊具鋼架進行強度分析并提出改進建議。MeshFree可以節省大量的有限元建模時間，快速對鋼架的結構強度進行分析判斷，找到結構薄弱環節進行相應改進，對改進方案的有效性進行評估。

    無網格劃分仿真技術是近期的一個熱點，其特點是簡單快捷、操作容易上手快，對操作人員的理論知識要求較低，且集合了拓撲優化功能，特別適用于產品設計的初期階段，促進了CAE和CAD技術的融合，減少了CAE工程師一些簡單重復的工作，能提高效率，加快產品設計流程。筆者前期還對類似軟件SimSolid進行過體驗試用，此次同時運用MeshFree和SimSolid對本問題進行分析，并將結果進行對比。

操作和分析過程

1、導入三維和選取材料

    MeshFree的操作較為簡單智能，導入三維后，軟件會根據零級間隙自動分析創建接觸連接關系，而這在一般的有限元分析軟件中往往是耗費時間精力較多的，對初學者是一個難點，SimSolid也有類似自動創建接觸功能，正所謂英雄所見略同，這個功能很好，特別適合于焊接關系較多的零件或總成。

    MeshFree界面直觀簡潔，流程清晰，軟件漢化程度高，筆者覺得這點優于SimSolid。按照軟件的操作流程，整體導入三維和自動創建接觸后，便是設置材料，此處不詳述。在這一步，筆者發現材料庫還支持設置非線性材料的定義，軟件應該能支持材料非線性分析，這個功能待筆者日后體驗。

2、設置邊界、載荷，運行分析

    接下來的重點是“分析條件”步驟。需要分析吊具鋼架的受力，并轉換為MeshFree中的邊界和載荷，本問題比較簡單，具體設置如圖2所示。 要注意的是，在施加集中力時，要搞清楚軟件中“總和”的含義，在《MeshFree操作案例》中有解釋：“總和：施加在所選面上的總力。如果選擇了10個面，施加的總力為100N，那么每個面為10N”。筆者在試用時有所困惑，SimSolid也有這個問題。

    簡單設置下“分析控制”（筆者采用默認設置），即可提交“運行分析”。稍等約40秒，計算成功，可以查看“分析結果”，筆者個人感覺MeshFree比SimSolid的計算速度稍快一些。

3、計算結果分析對比   

    在“分析結果”里，可以查看常用的位移和應力應變結果，也可以計算反作用力，選取“點值”。筆者計算的位移圖如下圖所示，同時附上SimSolid的計算結果進行對比，從變形云圖和變形趨勢看，兩款軟件的計算結果還是有可信度的。MeshFree計算的最大位移39.7mm，SimSolid計算的最大位移46.7mm，最大位移在同一點，因為筆者沒有用有限元軟件進行計算（PS:用了MeshFree后更不想用了，殺雞焉用牛刀），所以暫時無法判斷哪個結果更加準確。但由于MeshFree提供了能量誤差分析功能，歸一化總誤差為7.89%（操作案例要求：為了提高結果可信度，歸一化總誤差控制在10%-15%以內），感覺結果更可信一些。不過，根據這兩個計算結果都可以判定吊具鋼架的變形過大，剛度不滿足要求。

    同樣的，兩款軟件計算的mises應力結果如下圖所示，應力分布趨勢是基本相同的，應力最大值位置都在掛鉤立板的邊緣上，600MPa左右。在后處理應力結果時，筆者發現了MeshFree軟件很貼心的一個小功能，能在應力圖例處標注出每個應力區間的比例（見下圖左側紅色數值），從而反映出結構整體的強度情況和局部應力集中的程度，從而更好地對結構性能做出判別。

    需要特別說明的是，由于三維幾何導入SimSolid時，部分區域的幾何發生破碎缺面（下圖紅圈處），導致兩款軟件計算的該區域的應力分布不同，而這也可能是兩款軟件計算的位移結果差別較大的根本原因。從這點說，MeshFree對三維模型的包容性和解析能力更加優異。

    根據對鋼架結構應力和變形趨勢的分析，可以對鋼架進行針對性的加強修改，直至有較大概率通過設計要求時，提交給CAE部門進行最終的強度計算校核（后續優化和最終分析過程略去）。

總結

    通過本次分析，快速的獲取了駕駛室吊具鋼架的結構剛度和強度，從而指導設計人員完成了對結構的改進。

    雖然筆者只進行了最簡單淺層的體驗試用，還有很多功能和模塊未嘗試體驗，但MeshFree給筆者留下了很好的使用感受。通過同類軟件對比，MeshFree突出體現出了界面簡潔、流程清晰、操作簡單、計算效率高、結果可信度高、結果可讀性強、三維幾何包容性強、程序成熟穩定的優勢，在實際工程中有很強的實用性。

    為了保持產品的市場競爭力，產品開發的周期要求越來越短，對CAD設計和CAE分析的效率提升提出了更高的要求，CAD和CAE有交叉融合的發展趨勢。無網格仿真分析是時下的熱點技術，筆者以為它的目的不是最終取代有限元仿真技術，就如同仿真的目的不是取代試驗一樣，只是為了減少不必要的有限元仿真和試驗次數，避免資源的浪費，提升設計效率。犧牲有限的精度，換取寶貴的時間，從這個角度看，相信MeshFree有著廣闊的應用空間和發展前景。