淺談?dòng)邢拊ㄔ跈C(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

徐其偉　郭少華

摘 要：隨著科技的發(fā)展，不管是科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域，還是在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，有限元法都得以廣泛的應(yīng)用。在很多科學(xué)領(lǐng)域遇到的問(wèn)題，有限元法都能對(duì)其進(jìn)行有效的解決。特別是近年來(lái)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。文章對(duì)有限元法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：有限元法；機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.027

0 前言

隨著計(jì)算機(jī)水平的不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)被廣泛應(yīng)用，有限元法在這個(gè)過(guò)程中，也得到了快速的發(fā)展。有限元軟件，在功能上也在不斷的完善。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研制過(guò)程中，有限元法的優(yōu)越性越來(lái)越突出，已經(jīng)成為目前的機(jī)械設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的工具之一。

1 有限元法

人們?cè)趯?duì)固體力學(xué)進(jìn)行研究的過(guò)程中，有限元法被提出。美國(guó)人在七八十年之前，就在矩陣這方面有很多的研究和分析，接著又研制出了鋼架位移法，并把這種理論進(jìn)行了推廣，在彈性力學(xué)方面的分析過(guò)程中，也應(yīng)用了這種理論，具體來(lái)說(shuō)，就是把這種連續(xù)的整體進(jìn)行劃分，分成很多的三角形和矩形，再將這些三角形和矩形中的函數(shù)，用近似的方式表現(xiàn)出來(lái)。伴隨著科技的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，有限元法也逐漸的發(fā)展起來(lái)，并在產(chǎn)品研制和產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中加以廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用效果十分明顯[1]。有限元法也逐漸的開(kāi)始出現(xiàn)在人們的視野當(dāng)中，越來(lái)越被人們所重視和喜愛(ài)。近年來(lái)，被廣泛的應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中。

2 有限元法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在我國(guó)，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)都是依靠以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成，在根據(jù)一些現(xiàn)有的資料進(jìn)行新產(chǎn)品的研制和開(kāi)發(fā)。同時(shí)，在根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)設(shè)計(jì)出的成品進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。但是，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法通常都會(huì)浪費(fèi)掉很多的時(shí)間，并且，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品，不僅機(jī)械性能特別差，機(jī)械生產(chǎn)的工作效率也相對(duì)比較低，同時(shí)，在生產(chǎn)的過(guò)程中也浪費(fèi)了大量的成本。通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行分析和研究，發(fā)現(xiàn)是因?yàn)樵O(shè)計(jì)方法的落后而引起的的問(wèn)題，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，沒(méi)有太多的設(shè)計(jì)選擇性，對(duì)于設(shè)計(jì)工具的選擇上，有是比較盲目的，設(shè)計(jì)人員即使最后選定了時(shí)間方案，也沒(méi)有相應(yīng)的衡量標(biāo)準(zhǔn)衡量機(jī)械生產(chǎn)效果。

近年來(lái)，我國(guó)也漸漸開(kāi)始應(yīng)用有限元法進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)。有限元法的應(yīng)用，很大程度上減少了在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，對(duì)于企業(yè)人力、物力、以及資金上的消耗，對(duì)于機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程中的生產(chǎn)零件也做出了相應(yīng)的改進(jìn)和優(yōu)化，對(duì)于生產(chǎn)材料的的消耗降低了，也就能節(jié)約了很多的生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)成品的使用性能，同時(shí)，也提高了生產(chǎn)工作人員以及機(jī)械的生產(chǎn)效率。目前，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，有限元法是一種最有效的方式，也是最普遍的設(shè)計(jì)方式，有限元法的應(yīng)用，節(jié)約了很多的生產(chǎn)時(shí)間以及設(shè)計(jì)時(shí)間，在生產(chǎn)制作過(guò)程中成本也相應(yīng)的降低了。因此，在我國(guó)的機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，有限元法開(kāi)始被廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，也受到了很多機(jī)械制造行業(yè)的歡迎和熱捧，越來(lái)越受到機(jī)械設(shè)計(jì)人員的喜愛(ài)和青睞[2]。

3 有限元法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用過(guò)程

3.1 機(jī)械模式的簡(jiǎn)化

機(jī)械模型的簡(jiǎn)化過(guò)程，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是對(duì)新產(chǎn)品中那些不是很重要的或者不會(huì)影響機(jī)械運(yùn)行的部分進(jìn)行簡(jiǎn)化和去除，例如，機(jī)械中的圓角部分，因?yàn)?，這些無(wú)關(guān)緊要部件的存在和保留，在一定程度上來(lái)說(shuō)，會(huì)對(duì)機(jī)械的單元格質(zhì)量造成很大的影響，特別是在提高了運(yùn)算量之后，就更難保證機(jī)械的計(jì)算成果。

3.2 單元格的劃分工作

對(duì)于單元格的劃分工作，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是要把機(jī)械的整體進(jìn)行劃分，這樣的工作過(guò)程，更加有利于工作人員在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，能快速?gòu)碾s亂的數(shù)據(jù)當(dāng)中，找到模擬分析的規(guī)律，在對(duì)單元格進(jìn)行劃分的時(shí)候，一定要根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，不同的機(jī)械模型對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)也是不同的[3]。

3.3 對(duì)機(jī)械幾何特征進(jìn)行定義

在對(duì)機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要根據(jù)機(jī)械的幾何特征，對(duì)相應(yīng)的模型進(jìn)行制作，因此，對(duì)于幾何特征的定義十分重要，例如，機(jī)械模型個(gè)別零件的變力、厚度、應(yīng)力等情況的分析和研究，對(duì)不一樣的機(jī)械類型，也會(huì)有不一樣的要求，機(jī)械設(shè)計(jì)人員在工作的工程中，一定要根據(jù)機(jī)械的不同類型進(jìn)行分析和研究，同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要重視設(shè)計(jì)材料的特征，對(duì)于在設(shè)計(jì)的過(guò)程中起到關(guān)鍵作用的設(shè)計(jì)材料進(jìn)行研究和分析，要了解設(shè)計(jì)材料的具體參數(shù)信息。對(duì)于非線性變化材料，需要把它的應(yīng)力變化數(shù)值導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和研究。最后，通過(guò)計(jì)算的工作部分，對(duì)不同的模型給予相對(duì)應(yīng)的參數(shù)信息。

3.4 定義好單元類型和作業(yè)

對(duì)于那些定義好之后的機(jī)械模型，在具體的作業(yè)當(dāng)中，也要進(jìn)行相應(yīng)的的處理工作。對(duì)于那些相對(duì)比較復(fù)雜的機(jī)械模型類型，需要運(yùn)用到初始載荷的定義內(nèi)容，最后，還要對(duì)具體的設(shè)計(jì)結(jié)果以及操作類型進(jìn)行研究，在這個(gè)過(guò)程中，要善于利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行不同單元類型的定義工作。

4 總結(jié)

隨著時(shí)代的發(fā)展以及科技水平的進(jìn)步，有限元法在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，被廣泛的應(yīng)用，并取得了很好的效果，不管是機(jī)械的工作效率，還是機(jī)械的生產(chǎn)質(zhì)量，都有很大程度的提高。為我國(guó)社會(huì)的發(fā)展以及科技的進(jìn)步提供了很好的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹文娟.有限元法及模擬軟件DEFORM在機(jī)械方面中的應(yīng)用[J].科技致富向?qū)В?014（29）：212-213.

[2]李芬玲.有限元法及其在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用[J].四川水泥，

2016（05）：114.

[3]仲叢華.有限元法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科學(xué)中國(guó)人，2015（24）

：58.endprint