CAE技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)用機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陸明月　高剛毅

CAE技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)用機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

陸明月高剛毅

（荊楚理工學(xué)院湖北荊門448000）

在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的過程用，合理地運(yùn)用CAE技術(shù)可以使結(jié)果得到有效的優(yōu)化，并且在這個(gè)過程當(dāng)中，可以利用該項(xiàng)技術(shù)來模擬農(nóng)業(yè)機(jī)械整個(gè)的具體運(yùn)行過程，從而有助于設(shè)計(jì)工作的效率。文章闡述了CAE技術(shù)的內(nèi)容、發(fā)展及趨勢(shì)，介紹了CAE技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中的應(yīng)用。

CAE技術(shù)；農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)；應(yīng)用

在信息時(shí)代中，各種不同的高新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，CAE技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，逐漸受到相關(guān)領(lǐng)域的關(guān)注，通過將CAE技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合發(fā)現(xiàn)，其在我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的效率中具有明顯的提升作用，具有現(xiàn)實(shí)意義。但是由于農(nóng)業(yè)機(jī)械具有其獨(dú)有的特殊性質(zhì)，例如，其工作的環(huán)境條件一般比較惡劣，而且服務(wù)對(duì)象并不單一等，也對(duì)CAE技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)提出了一些新的其他需求。文章從農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)這一問題角度出發(fā)，敘述了CAE技術(shù)的現(xiàn)狀信息，探析了CAE技術(shù)的具體應(yīng)用。

1 概述

1.1 CAE技術(shù)

CAE（Computer Aided Engineering）技術(shù)在其應(yīng)用過程當(dāng)中是將計(jì)算機(jī)作為輔助性的工具，對(duì)物體的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行數(shù)值分析、計(jì)算，進(jìn)而對(duì)一些較為復(fù)雜的工程進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化處理，以獲得相關(guān)構(gòu)造的性能規(guī)律特征。CAE技術(shù)包含兩項(xiàng)核心內(nèi)容，即有限元理論和數(shù)值分析方法。前者是在得到問題的解的值域之后，對(duì)其進(jìn)行劃分，使其成為由若干個(gè)有限元結(jié)構(gòu)組成的解域。在這當(dāng)中的每一項(xiàng)元素都是通過一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接的，同時(shí)在這些節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行元素之間的交互表達(dá)。與此同時(shí)，設(shè)置函數(shù)來逼近元素，再進(jìn)線性插值計(jì)算，從而得到元素的內(nèi)部數(shù)量并根據(jù)相關(guān)關(guān)系建立各個(gè)單元的回歸分析方程，并且設(shè)置約束條件信息，進(jìn)行解答。

1.2 CAE軟件

有限元分析程序的開發(fā)是始于1960年代初，當(dāng)時(shí)一些西方的發(fā)達(dá)國家為此投入了大量的人力、物力，隨后就相繼出現(xiàn)了這類有限元分析程序，其功能強(qiáng)大。從那以后，有限元分析軟件得到了廣泛的開發(fā)，來自于不同國家的一些研究機(jī)構(gòu)都慢慢地投入其研究工作中去。截止到現(xiàn)在為止，大型的CAE軟件數(shù)量就已經(jīng)突破了上百種，應(yīng)用較為廣泛、知名度較高的有以下幾種。而且已有的這些軟件發(fā)展的越來越好，功能也在逐漸地完善，通過這些軟件計(jì)算得到的結(jié)果已被廣泛采納，常常被用于多種工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與開發(fā)中去。

（1）ANSYS軟件。該軟件在同類軟件中比較經(jīng)典，大多數(shù)的CAD軟件都可以通過與其進(jìn)行連接而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)額共享。目前，該軟件已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中。它由前、后處理、分析計(jì)算三模塊組成。前處理模塊主要是起到顯示與輸出的作用。

（2）I-DEAS軟件。該軟件在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段、產(chǎn)品分析階段、產(chǎn)品測(cè)試階段以及產(chǎn)品處理階段都具有較為完善的功能。主要應(yīng)用于多種較為復(fù)雜的機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)以及后續(xù)處理當(dāng)中，而且該軟件具有比較先進(jìn)的分析功能，能夠大大地提高相應(yīng)產(chǎn)品的性能。

（3）ADINA軟件。該軟件實(shí)質(zhì)上是一個(gè)仿真平臺(tái)，主要是基于有限元技術(shù)進(jìn)行的開發(fā)，常被用于通用分析當(dāng)中。ADINA軟件的應(yīng)用范圍比較廣泛，在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中均有涉及，另外也常被應(yīng)用于一些科研、教育機(jī)構(gòu)中去；除此之外，該軟件的有些功能在世界范圍內(nèi)都一直遙遙領(lǐng)先，例如其求解非線性問題的功能、模擬多物理場功能等。

（4）NASTRAN軟件。該軟件主要具有較強(qiáng)的產(chǎn)品評(píng)估功能，VR產(chǎn)品的開發(fā)過程其中的一部分。

（5）ABAQUS軟件。該軟件的功能非常強(qiáng)大，處于領(lǐng)先地位。它可以針對(duì)復(fù)雜的力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，分析能力較強(qiáng)，而且具有較好的可靠性，因此，目前許多國家和一些研究機(jī)構(gòu)在工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中都選擇使用該軟件，是問題得到有效的解決。

2 我國CAE技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前CAE技術(shù)在我國的發(fā)展呈上升趨勢(shì)，逐漸被應(yīng)用于越來越多的領(lǐng)域當(dāng)中去，這也在一定程度上促進(jìn)了我國現(xiàn)代化科技水平的提高。無論是在科技領(lǐng)域還是在政府機(jī)構(gòu)中，該技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)可并推行，這將對(duì)進(jìn)一步提高我國的科學(xué)技術(shù)水平起到極大的助力作用，長期來看，這對(duì)于我們國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有極大的幫助，進(jìn)而還可以增強(qiáng)我國的競爭力，意義非凡。隨著我國對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的重視，逐漸地引入了一批大型的通用有限元分析軟件用于我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的研究，截止到目前為止，我們國家也產(chǎn)生了一批CAE技術(shù)相關(guān)的專業(yè)人員，他們從事于CAE技術(shù)研究與開發(fā)，為我國的許多行業(yè)做出了極大的貢獻(xiàn)。

但結(jié)合整體情況來看，我國就CAE技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域還不是特別廣泛，而且在很多產(chǎn)業(yè)當(dāng)中還沒有應(yīng)用得到，另外從地區(qū)上來其應(yīng)用也是比較受限，其應(yīng)用較多的基本上是一些經(jīng)濟(jì)實(shí)力較強(qiáng)的大型企和一些學(xué)校和研究機(jī)構(gòu)。與其他一些發(fā)達(dá)的國家相比，CAE技術(shù)在我國農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還不是很廣泛，應(yīng)用水平還比較低。因此，科研機(jī)構(gòu)將承擔(dān)起重要責(zé)任，致力于研究該項(xiàng)技術(shù)，以解決生產(chǎn)生活中遇到的技術(shù)難題；并研究農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)當(dāng)中的CAE技術(shù)，以期促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。

3 CAE在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 明晰設(shè)計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

不可否認(rèn)，CAE技術(shù)在現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展中具有非常重要且多樣的作用。在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，將CAE技術(shù)運(yùn)用到其中可以提高工作效率，增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量及市場競爭力。然而，為了能夠使CAE技術(shù)可以在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)領(lǐng)域當(dāng)中實(shí)現(xiàn)更好的作用，有必要按照工作的具體內(nèi)容，對(duì)情況加以判斷和區(qū)分，合理地采用最適合的技術(shù)。

3.2 做好技術(shù)指導(dǎo)

在當(dāng)前計(jì)算機(jī)科技信息技術(shù)的不斷發(fā)展的背景之下，我國掌握的CAE技術(shù)水平也在不斷地完善當(dāng)中，慢慢提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)水平。在這個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)當(dāng)中，CAE技術(shù)發(fā)揮了良好的指導(dǎo)作用，從以下2個(gè)方面當(dāng)中就可以體現(xiàn)出來：（1）在現(xiàn)在的CAE軟件中新增了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域相關(guān)的一些專業(yè)功能；（2）CAE技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域當(dāng)中絕不可少的技術(shù)手段，對(duì)提升現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)水平當(dāng)中具有非常重要的作用。這種個(gè)性化的優(yōu)勢(shì)可以真正地實(shí)現(xiàn)其在管理上的控制作用，使各種仿真設(shè)計(jì)系統(tǒng)得到完善，并能高效地運(yùn)行，而且在整個(gè)過程當(dāng)中完全符合管理標(biāo)準(zhǔn)的要求。這也使得在設(shè)計(jì)階段就可以明確所需要的類別有哪些，可以實(shí)現(xiàn)與接口管理和控制相結(jié)合，以使得總體技術(shù)取得明顯的進(jìn)步。CAE技術(shù)根據(jù)現(xiàn)代信息技術(shù)的特點(diǎn)與實(shí)際的技術(shù)指導(dǎo)，使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的復(fù)雜性得到簡化，降低其難度，實(shí)現(xiàn)智能化設(shè)計(jì)。

3.3 增強(qiáng)模態(tài)分析

在實(shí)際的操作層面上，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械的運(yùn)行當(dāng)中仍然存在著許多問題有待解決。為了能夠解決這些問題，大多數(shù)的相關(guān)技術(shù)人員都會(huì)選擇采用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行分析、研究。但是往往會(huì)由于資金或者時(shí)間的限制，導(dǎo)致許多問題至今還是沒能夠得到有效的解決。借助現(xiàn)有的CAE技術(shù)及專業(yè)的分析軟件，使得模態(tài)分析成為可能，同時(shí)這也使得一直以來難以解決的問題在比較短的時(shí)間內(nèi)得到了有效的解決。

4 小結(jié)

在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中，CAE技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及其明顯。因此，如何根據(jù)生產(chǎn)管理的實(shí)際要求，將這一技術(shù)有效地應(yīng)用到現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中去是關(guān)鍵所在，在隨后的數(shù)據(jù)分析過程當(dāng)中，要在以技術(shù)處理為前提的情況下明白設(shè)計(jì)指導(dǎo)的關(guān)鍵作用，并在與各項(xiàng)管理要求的結(jié)合下進(jìn)行實(shí)施。另外，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的開發(fā)、利用中，要做好相關(guān)技術(shù)的培訓(xùn)和指導(dǎo)，以提高可行性。

[1]董嬪.CAE技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)用機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī),2019,50(20):30.

[2]汪嘉瑜.探析CAE技術(shù)及其在農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī),2018,49(07):61.

[3]周翔.CAE技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2011(15):47+49.

陸明月（1997- ），男，漢族，湖北云夢(mèng)人，本科在讀，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化；高剛毅，荊楚理工學(xué)院講師，研究方向：機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及控制。

S220.2

C

2095-1205(2019)09-41-02

10.3969/j.issn.2095-1205.2019.09.22