機械設計中有限元分析技術的應用實踐探微

黃 博 曹家齊

（遼東學院機械電子工程學院）

機械設計中有限元分析技術的應用實踐探微

黃 博 曹家齊

（遼東學院機械電子工程學院）

有限元分析技術在機械設計領域中的地位是毋庸置疑的，有限元分析法可以打破傳統(tǒng)機械設計的種種不足，滿足在機械設計中不同結構不同材料等內容的需要。在這個市場競爭愈演愈烈的環(huán)境下，利用有限元分析技術有利于為機械設計領域帶來良好的效益，并減少傳統(tǒng)機械設計中的成本投入，本文針對機械設計中有限元分析技術的應用實踐進行了分析。

機械設計；有限元分析技術；應用實踐

機械設計是對機械的結構、原理、部件、形狀及尺寸等內容通過正確的計算及分析進而轉化成的實體描述，是為后期制作提供依據(jù)的重要前提。機械設計是機械投入生產的關鍵環(huán)節(jié)，機械設計中數(shù)據(jù)的可靠與否直接影響到實物的使用性能。隨著時代的發(fā)展，人們在機械工程設計中有了新的提升，伴隨著不同技術的出現(xiàn)及應用，使其設計的質量得到了不斷的優(yōu)化。有限元法則是在機械設計領域中最為常見的技術。

1 有限元分析技術在機械設計中的優(yōu)勢

有限元分析早在幾個世紀前就已經(jīng)被提出并應用，隨著計算機技術的發(fā)展促使了有限元分析技術的廣泛普及，甚至已經(jīng)拓展到了幾乎整個科學技術領域。有限元分析方法的廣泛應用促使了眾多應用軟件的開發(fā)，多數(shù)相關的軟件都可以滿足開發(fā)產品的需要。有限元的軟件具備一個內容豐富的資料庫，可針對不同類型或結構的材料進行分析處理，與此同時還與眾多CAD系統(tǒng)相互連接，在運用CAD軟件進行部件或模型的制作的問題上變得更加便利，有限元的軟件中關于網(wǎng)絡劃分技術可與有限元分析相互融合，可以盡最大的程度滿足工程設計的需要，有效的提高了工程設計的效率。

有限元分析技術在數(shù)值計算的精度上要高于其他計算法，并且可以適用于不同種類的復雜形狀，具有著非常實用的高效性，是其他分析技術不能比擬的，與此同時，該項技術的高效性可以為相關企業(yè)設計的產品縮短研發(fā)的時間，并有利于其他不同的優(yōu)化手段實現(xiàn)產品的最優(yōu)設計，還大大減少了成本開發(fā)的費用。機械設計本身就是要求較高的工程設計領域，配合有限元分析技術的應用存在著必然的優(yōu)勢。

2 機械設計中有限元分析技術的應用實踐

傳統(tǒng)的機械設計方法之所以被逐漸的淘汰，就是由于傳統(tǒng)的方法遵循的是以往的設計經(jīng)驗來完成的設計，不但要依靠很多人力、物力還浪費了大量的時間。人工的計算很容易出現(xiàn)失誤，特別是在選取最優(yōu)方案的時候，大多采取的是多種方案對比的方式來選擇，這樣一來就需要設計人員根據(jù)機械工程設計的需要來設計出不同方案，大大提高了機械投入開發(fā)及生產的時間，如果設計的質量出現(xiàn)問題，還會造成高成本投入的問題，直接影響到了企業(yè)賺取利潤的空間。通過有限元分析技術可以有效的解決以上出現(xiàn)的問題，在保證機械設計質量等同時，還能為企業(yè)創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟效益。

以機械設計中汽車領域的設計為例，有限元分析技術實現(xiàn)汽車結構的動力學分析、汽車部件結構的剛度和強度的分析。在進行部件強度分析的時候，主要包含以下內容：通過ANSYS、ABAQUS等有限元分析軟件建立出該部件的三維模型，再建立出車身結構和該零件的有限元模型，按照汽車的不同工況分析出整車的動力并計算出該動力仿真結果，在完成以上內容后通過施加載荷值運行并求得結果，汽車中的底盤部件要按照一定的負荷值計算出該結構的應力和變形的數(shù)據(jù)。這個案例利用了先進的有限元分析技術，實現(xiàn)了對車部件以及整車結構的剖析和再創(chuàng)造，可以根據(jù)有限元分析的數(shù)據(jù)與汽車的各部件或整體的性能進行分析比對，實現(xiàn)了汽車各機械部件的優(yōu)化處理，通過車架以及車身的仿真技術還能實現(xiàn)汽車構造的模擬實驗，有利于為確定該汽車設計的最終方案提供理論依據(jù)。

關于動力學分析的內容主要研究方向是分析結構本身的頻率以及自振式時的特性與諧響應；瞬態(tài)動力學的分析研究方向為機械結構給周期和非周期載荷造成的不同動態(tài)響應，如果是對比較復雜的零件或結構進行的分析，應該在保證其靜態(tài)剛度的基礎上再檢驗該結構的動態(tài)剛度；靜力學的分析是針對機械結構在受到承載之后的情況分析，這也是在有限元分析中最為基礎的分析技術；除了以上還有熱應力分析，這項技術分析主要研究的方向是：機械結構實際的作業(yè)溫度不符合安裝溫度時候的機械部件內部中關于溫度的應力。

3 結束語

總而言之，在機械設計領域中利用有限元分析法，可以在最大程度上減少機械設計以及產品開發(fā)的時間，有效的縮短了產品投入生產的周期，有限元分析的技術還可以在確保精準數(shù)據(jù)運算的同時，實現(xiàn)機械設計的不斷優(yōu)化。有限元分析法在未來的機械設計領域中，會成為工程設計技術應用的主流趨勢，隨著科學技術的快速發(fā)展，相信有限元分析的技術會在應用實踐中得到更大的突破，從而為人類帶來更大的利益。

[1]王遠東.有限元分析在煤礦機械設計中的問題與對策[J].山西煤炭管理干部學院學報，2015（3）：188～190.

[2]廖云祥.冶金機械設計中有限元分析技術的應用[J].企業(yè)技術開發(fā)，2013（9）：99.

[3]姜春林，姜波，張勇.有限元分析在機械設計方面的應用價值[J].城市建設理論研究（電子版），2013（33）：113～115.

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1004-7344（2016）03-0275-01

2016-1-10