測試條件:一件質(zhì)量為227KG的圓鐵錘從5.1m的高空自由落體掉下，沖擊車棚，并作用在車棚上半徑為200mm的圓內(nèi),車棚厚度定為10mm，材料為45號鋼。其形狀如下圖如示
                      

重物從高空掉下，根據(jù)能量守恒原理得：

                       
動(dòng)量定律：重物落地時(shí)，受沖擊力和重力，初速度為
                            
           
由上述公式可可見，想要得出沖擊力F，必須求出作用時(shí)間t.我們將利用 機(jī)械設(shè)計(jì)軟件solidworks的運(yùn)動(dòng)分析功能來模擬沖擊過程，并求出重物作用時(shí)間。首先建立沖擊三維模型，如下圖所示：

                 
運(yùn)行運(yùn)動(dòng)仿真，得出重物下落過程中時(shí)間與速度曲線圖

 
從第二幅圖中我們可以得出,重物從觸地那一刻到速度變?yōu)?這一過程中,時(shí)間t=0.027S.這樣,我們就精確的得出了重物作用的時(shí)間.將時(shí)間t=0.027S代入上述公式中得出:  F=84622N。
有限元分析
經(jīng)過上面的計(jì)算,我們得出沖擊力F=84622N.為了計(jì)算車棚在此力的作用下是否被破壞,我們將利用solidworks中的有限元分析模塊simulation對車棚進(jìn)行靜力學(xué)分析.如下圖所示：

 
經(jīng)過分析現(xiàn)，車棚在沖擊力作用下，已經(jīng)被破壞，其變形量已達(dá)到13.8mm 。這樣，車棚為10mm的設(shè)計(jì)是不成立的，我們必須更改設(shè)計(jì)，而設(shè)計(jì)變量為車棚的厚度。所以接下來，我們用優(yōu)化設(shè)計(jì)來選取車棚的最佳厚度。優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們的設(shè)計(jì)變量由10mm—18mm.如下圖所示：

 從上述分析數(shù)據(jù)中我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)車棚厚度為15mm時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力最接近材料的屈服強(qiáng)度且小于屈服強(qiáng)度,所以最終設(shè)計(jì)我們選擇車棚厚度為15mm.
 

結(jié)論：將理論與仿真軟件的結(jié)合，不但能設(shè)計(jì)出各種產(chǎn)品而且能使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品更加合理。對車棚的仿真是這個(gè)產(chǎn)品的第一步，我相信，會有更多的產(chǎn)品通過仿真而進(jìn)入生產(chǎn)車間。