SOLIDWORKS Simulation：对故障的潜在原因进行详细技术调查

一个令人惊讶的结构故障激发了人们的好奇心，并促使使用 SOLIDWORKS Simulation 对故障的潜在原因进行详细调查。

作为工程师，我们天生就具有一个独特的特质：无法忽视一个好的谜团，尤其是当它涉及意外崩溃时。对我来说，在社交媒体上看到 “看，这个失败 ”的帖子会立即让我进入调查模式。我不禁想知道——不仅仅是它是如何失败的，还有为什么。这是设计缺陷吗？意外的环境负荷？它真的应该失败吗？这是我预期的故障模式吗？

最近，我偶然发现了上述一段短视频，其中显示了一场轻微的结构性灾难。当其他人可能笑着翻阅时，我看到了一个需要解开的谜团。挑战不仅在于发现出了什么问题;而是了解其背后的所有因素。最初是一个简单的视频，很快就变成了使用 SOLIDWORKS® 的强大功能进行的技术深入探讨。

复杂性的挑战：当手动计算不足时

一旦我确定了一般问题的范围，我的第一反应就是从手动计算开始。在工程领域，我们的工具范围从快速的粗略数学计算到精心设计的电子表格和复杂的模拟。然而，当面对这些经典拱门时，传统计算很快就达到了极限。该结构涉及曲线和倒角;不仅仅是平坦、均匀的表面。流体流动和结构力与这种复杂形状相互作用，形成了一个无法用基本流动或应力方程解决的难题。

对于工程师来说，这种复杂性既是挑战也是机遇。这是一个深入挖掘、应用专业工具并最终寻找失败原因的机会。我知道手动计算是不够的，因此我转向摄影测量技术和 SOLIDWORKS 的组合，以使我的研究栩栩如生。

重建：从照片到参数化模型

我没有猜测结构的实际尺寸，而是使用了摄影测量法，这是一种从照片中提取 3D 信息的技术。在这种情况下，我没有任何静止图像，但我有更好的东西：一个包含数百个静止帧的简短的四处走动视频。摄影测量应用程序利用各个帧中的通用元素来构建摄像机路径的 3D 运动图，并根据这些数据，算法在虚拟空间中有效地重建对象。

摄影测量复制基于 Chris Higa 上传到 YouTube 的 THIS VIDEO

使用这种技术，我生成了一张粗略的法医地图。我的结果是 *。OBJ 模型具有合理的保真度，捕捉到被压碎的汽车和大部分标志。结合汽车的保险杠到保险杠的测量结果，我在 SOLIDWORKS 中构建了结构的详细参数化模型，确保模型的比例尽可能准确。这种方法使我能够在实际条件下分析结构，而无需进行精确的现场测量。

流动模拟

使用 SOLIDWORKS Flow Simulation，我建立了一个模型，以根据事故当天的气象报告来复制结构周围的强风条件。仅靠流动模拟就可以揭示空气如何在复杂形状上和周围移动，提供有关高压和低压区域的关键数据，包括标牌表面。根据这些压力数据，它还可以跟踪施加在这些表面上的力的大小。

虽然与本研究无关，但流动模拟可以提供大量其他信息。例如，对于标志设计师来说，一个有趣的属性可能是标志流动干扰下游的声功率级（可听见的流动体积），这对于确保旁观者不受尾随湍流声音的影响非常重要。

令人印象深刻的部分

SOLIDWORKS 的酷炫之处在于：它不仅仅是一个软件工具;它是一个完整的生态系统，旨在简化复杂的设计问题并处理工程分析。

运行流动仿真后，我可以无缝过渡到有限元分析 （FEA），以更深入地了解风引起的力如何影响结构的完整性。通过快速的“将结果导出到仿真”，SOLIDWORKS 完成了繁重的工作，处理压力并允许我将这些“流动效果”映射为实体上的负载。这比我简单地从流体流动仿真中提取净力要快得多，也要准确得多。这种简化的流程可帮助工程师更快地做出明智的决策，每个分析阶段都直接建立在前一个阶段的基础上。

这个工作流程使我能够验证我的初始理论，因为结果证实了柱子的底部行为很像悬臂梁，并且确实会在实际故障点承受最大的应力。然而，分析表明，仅靠风力驱动的载荷不足以解释故障。

主要发现和观察

结果很明确：根据我们的逆向工程尺寸和预期材料，组合模拟预测的设计安全系数 （FOS） 约为 5：1。虽然我们还没有进行瞬态（瞬态）研究来解释更复杂的流动和潜在的结构谐波，但我们的初始结果通常表明，该结构具有足够的安全系数来承受正常条件，即使在大风天也是如此。

这是一个完美的例子，说明现实世界的性能并不总是与设计意图一致。

那么，真正的罪魁祸首是什么呢？为什么这个系统会失败？如果不对故障进行实际检查，就无法确定，但鉴于方形钢管直接嵌入停车场，缝隙腐蚀可能是一个嫌疑人。缝隙腐蚀发生在被困的水袋中，表面涂层因浸泡而加速降解。一旦底层钢材暴露在水中，它就会以极快的速度在该局部区域氧化（生锈）。从源照片和视频中可以明显看出，管壁的很大一部分已经退化，导致结构大大变弱。

结论：为什么好奇心很重要

作为工程师，提出问题并深入挖掘是我们的天性。每个问题都是学习的机会，每个问题都是适应的机会，两者都提供了改进的机会。好奇心和正确的工具（如 SOLIDWORKS）相结合，使我们能够自信地解决最复杂的问题。工程不仅仅是设计和建造;这是关于理解事物为什么有效（或者在这种情况下，为什么它们不起作用）背后的原则，并将这些知识应用于未来。

在整个学习过程中，我一直记得 SOLIDWORKS 在解决实际工程问题方面有多么强大。计算流体动力学和 FEA 工具使我能够快速将无聊的调查转变为具有合理明确结果的调查，尽管可用的信息量有限。

所以，下次你遇到社交媒体之谜时，问问自己：这里可能有什么力量在起作用？这可以防止吗？借助 SOLIDWORKS 等工具，您可以将这些失败转化为宝贵的工程经验。

工程免责声明

本博客文章的内容仅供参考和教育目的，不构成专业的工程建议。所描述的方法和软件工具旨在说明 SOLIDWORKS 软件在工程分析中的潜在应用。实际情况、项目要求和环境因素可能会有所不同，此示例可能不直接适用于您的特定项目或用例。

这篇博文包括一项分析，引用了具有双拱结构的标志性标牌。复制此结构用于分析、评论和教育目的。本分析不隶属于麦当劳公司，也不受麦当劳公司的认可或关联。麦当劳名称和标志性拱门设计是麦当劳公司的商标，所有相关知识产权仍是其各自所有者的财产。

在应用任何分析、技术或使用 SOLIDWORKS 软件进行结构或流体仿真之前，请查阅相关的工程标准和指南。始终通过适当的测试和专业判断来验证您的结果，并就关键或安全相关项目寻求专家咨询。作者不对本文中包含的信息的使用承担责任。