1.6 关于计算机和有限元的使用,设计用线算图和曲线拟合公式
ASME规范刚制定时,并无计算机。到1968年制定ASME Ⅷ-2时,有限元技术也远未发展到目前的水平,所以当时并未提及是否可以采用计算机和有限元进行设计的问题。从1995年版起,鉴于设计人员对计算机和有限元的使用日益广泛,而对规范的强制性要求公式,存在一个按计算软件所得结果和手算所得结果有时可能会略有差异而引起争议的问题;更鉴于按Ⅷ-2设计时,对那些规范并未列出计算公式的组件,不采用如有限元等数值计算方法就无法设计,所以,规范在各册的前言中就写明:委员会认为设计和分析所用的工具及方法是随着技术进步而进步的,希望工程师们在应用这些工具时做出可靠的判断。设计师的责任是遵守规范的规则,当规范公式是强制性时,应按照规范公式进行计算。规范既不要求,也不禁止使用计算机对按规范要求建造的部件进行分析或设计。但是,提请采用计算机程序进行设计和分析的设计师及工程师们注意的是,他们要对所采用的程序中固有的一切技术上的假定负责,且要对设计上使用这些程序负责。
由上面的陈述可见,是否可以采用计算机,应由设计人员自己判断和决定,规范不作肯定或否定,且并不对此可能引起的争议负责。
笔者获悉,在向ASME标准委员会申请规范标志和授权证书中,对设计计算部分的考试,往往只能采用手算而不允许采用计算软件计算。对这一点其实很好理解,只有通过手算结果,才能判别设计人员对规范公式的理解和掌握程度,由软件所得计算结果很难达到这种效果。对照国内的惯例,都采用有关部门认可的计算软件进行设计计算,在某些情况下确难发现问题,也很难提高设计人员对规范、标准的理解水平。
上面的陈述当然也适用于改写后的ASME Ⅷ-2中按规则设计的部分,但在按分析设计的部分,实际上都需要由数值解(主要是有限元)求解,所以上面的陈述恐并不针对这一部分。
改写后的ASME Ⅷ-2中按规则设计部分虽然其内容和Ⅷ-1基本相同,但是涉及计算公式中的某些系数,Ⅷ-1基本上直接列出或提供曲线由用户查找,这样用户对某些数据随设计参数而变的关系一目了然,且对采用手算比较方便;而Ⅷ-2为适应现代化的设计,为便于编写计算软件,所以对这类系数大多以曲线拟合公式的形式表示,方便了编程,但不方便手算和分析结构尺寸对计算结果的变化趋势。2017年版对以光滑试杆为基础的疲劳设计曲线补充了以线图表示的曲线。
2011年版的GB 150对计算机的使用,列入了和ASME规范同样的说明内容。