機械設計中有限元法的應用分析

牟清舉

（重慶科創(chuàng)職業(yè)學院，重慶 402160）

1 有限元法的簡介

有限元法來源于早期人們研究固體力學而誕生的。隨著經濟不斷進步，科學技術的提高，計算機水平也得到了很好的發(fā)展，自然有限元法也漸漸被發(fā)展了起來。有限元法對于產品的研發(fā)與設計有著很重要的作用且在機械設計中應用的最為頻繁。

2 機械設計中有限元法的應用

以前的機械設計都是基于經驗上的設計，利用現(xiàn)有的資料開展新的產品研發(fā)，然后在根據經驗對其進行合理的改進，不僅浪費時間，而且生產的產品機械性能還差，這就會導致生產效率低，成本卻還是耗費了，究其原因，傳統(tǒng)的設計十分有限，沒有更多選擇的余地，并且設計的工作也較為盲目，即便是選擇了好的方案，卻沒有相對的標準衡量生產的效果。所以隨著時代的進步，我國推廣了有限元法的應用，大大提高了機械設計的要求。在機械設計中應用有限元法，不僅減少了人力物力的消耗，生產出的零件還得到了很好地優(yōu)化，降低了材料的浪費，讓成本得到了保障。在目前，有限元法對機械設計來說，是最直接有效的方法，既減短了設計時間，還減少了試件的制作，使得降低了很多的成本。所以，機械設計的各企業(yè)都在應用有限元法，且受到了許多技術人員的青睞。

3 機械設計中有限元法的過程

（1）機械模型簡化。所謂機械模型簡化，就是將新產品模型中不太會影響到機械生產的部分去掉，如機械結構中的倒角等。因為將這部分留下反而會影響機械整體質量，特別是在加大運算的時候，就會導致很難以收到效果。

（2）單元格劃分。把整體機械模型進行分開處理，以便技術人員從分散的數(shù)據中得出模擬分析的規(guī)律。此外，在單元格劃分的過程中，一定要根據不同的模型構建不同的有限數(shù)據，如此才能確保在設計結束后，方便操作材料的選擇及定義。

（3）定義機械的幾何特點。在進行機械設計制造時，必須要根據產品的幾何特征做出相對應的模型，自然就需要定義該模型的幾何特征，如：機械模型中的零件變力、應力、厚度等等。顯而易見，不同的機械必然會有不同的要求，這樣的話，就要求機械設計人員根據具體情況做出決策。此外，一定要強調材料特性的定義問題，對已完成的機械模型需構建材料參數(shù)，尤其是決定性的部分，而對于大部分的金屬材料只需建立楊式模量。最后，通過利用計算機賦予同種模式不同環(huán)節(jié)或不同模型相關的系數(shù)。

（4）定義接觸條件與載荷狀況。對于接觸條件定義，一定要結合模型的組成來確定。以橡膠襯套為例，橡膠在接觸受力后，極易容易變形，而橡膠就是變形體，但是外襯套與內襯套并不會變形，稱之為剛體。當接觸條件定義結束后，機械模型的受力與材料也基本定下來了。其次是確定載荷條件，而這則需要運用到有限元法的定義，才可確定。

（5）定義作業(yè)與單元類型。對已完成好的機械模型，選擇到作業(yè)中時，一定要做好細致的作業(yè)，如若是復雜的機械，那么就需要用初始的載荷定義，在選擇具體的操作與設計進行分析。最后，不同的結構類型在有限元法中有著不同的單元類型，因此，需要利用到計算機對其類型進行定義。

4 有限元軟件的簡介

對于有限元法而言，實用性與通用性致使了有限元程序的發(fā)展，大部分的設計企業(yè)都會采用有限元軟件，自行去研發(fā)的非常的少，從而讓通用有限元軟件得到了很好的發(fā)展，不僅滿足了開發(fā)產品的要求，同時還有非常好的處理能力與計算能力。其特點有：材料豐富、功能強大等。隨著時代步入商業(yè)化階段，各個企業(yè)為了開闊自己的市場，更多地滿足客戶的需求，在軟件上消耗了大量的時間與資金，以此完善不足，從而讓有限元軟件跟上時代的步伐，滿足用戶的需求。

5 結語

綜上所述，文章對機械設計中的有限元法的應用進行了詳細的分析，并簡要介紹了有限元軟件的運用以及研發(fā)。隨著時代的進步，有限元越來越多的被各大企業(yè)所青睞，不僅讓企業(yè)的設計效果得到了明顯的提高，同時還優(yōu)化了設計方案，值得注意的是，有限元法的應用縮短了產品開發(fā)的時間，大大節(jié)約了成本。雖然目前我國的大部分機械企業(yè)還在運用傳統(tǒng)的設計，可需要重視的是已有很多的技術人員了解到了CAE技術的發(fā)展?jié)摿Γ⑶乙苍诓粩嗟耐茝V中，進而讓生產力可以得到提高。因此，在機械設計中應用有限元法，必然會是發(fā)展機械事業(yè)的趨勢，更會是提高我國經濟與科學的關鍵。那么希望我國日后的機械企業(yè)可以真正地將有限元法應用到設計中國，進而促進我國的經濟可持續(xù)發(fā)展。

［1］黃博，曹家齊.機械設計中有限元分析技術的應用實踐探微［J］.大科技，2016，（3）.