淺析計算機技術(shù)在機械工程中的重要性

蘇龍

摘 要：現(xiàn)如今，計算機技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，滲透到各個領(lǐng)域發(fā)揮作用。機械工程的科研領(lǐng)域計算機已占據(jù)著不可替代的重要地位，機械工程活動對計算機的依賴還會越來越顯著。

關(guān)鍵詞：計算機技術(shù);機械工程;應(yīng)用

1 計算機技術(shù)的發(fā)展

1.1 可視化技術(shù)

包括數(shù)據(jù)庫可視化、監(jiān)測信息可視化、可視化輔助設(shè)計等方面?？梢暬夹g(shù)對提高有限元法應(yīng)用的可靠性和精確度方面起著非常重要的作用。

1.2 虛擬現(xiàn)實技術(shù)

它是一種可以創(chuàng)建和模擬體驗現(xiàn)實世界的計算機技術(shù)，它將真實世界的各種媒體信息有機地融進(jìn)虛擬世界構(gòu)造了用戶能與之進(jìn)行各個層次交互處理的虛擬信息空間。

1.3 多媒體仿真技術(shù) 它是在科學(xué)計算機可視化和可視仿真技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它用不同媒體形態(tài)描述不同性質(zhì)的模型信息將系統(tǒng)行為和形態(tài)、數(shù)學(xué)模型和物理模型以及它們的時空表現(xiàn)模式有機統(tǒng)一地建模和求解。這種特點更適合于科學(xué)研究和工程設(shè)計的需要，因而受到工程界的普遍重視。

2 計算機輔助設(shè)計的發(fā)展及重要性

機械設(shè)計是機械工程的重要組成部分，是機器生產(chǎn)的前提，同時也是決定機械性能的最主要因素，一部機器的質(zhì)量及工作性能的好壞很大程度上取決于設(shè)計質(zhì)量，狹義的機械設(shè)計僅指技術(shù)性的設(shè)計過程，廣義的機械設(shè)計是指設(shè)計者根據(jù)使用要求和現(xiàn)有的條件，對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、剛度和強度、各個零部件的材料和形狀尺寸、以及潤滑方法、力和能量的傳遞方式等進(jìn)行分析、構(gòu)思和計算，并將其形成具體的描述以作為機械制造依據(jù)的工作過程。這不僅是一個創(chuàng)造性的工作，同時也是建立在豐富的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上的工作，只有將兩者結(jié)合起來，才能設(shè)計出高質(zhì)量的機器。

機械設(shè)計的所有步驟幾乎都需要計算機的幫助。圖形的編輯、修改，大量數(shù)據(jù)的計算和比較，對零部件動力、強度等方面的精確測試，都需要相應(yīng)的計算機軟件的支持。除了這些繁瑣的工作可由計算機替代外，設(shè)計者還可以利用計算機進(jìn)行虛擬樣機的構(gòu)建，也就是根據(jù)圖紙，在計算機上制造一個模擬樣機，對它的工作性能、受力情況、熱度等各方面進(jìn)行驗證，根據(jù)出現(xiàn)的狀況修改原設(shè)計，從而達(dá)到完善的程度。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機正在越來越廣泛地應(yīng)用于機械設(shè)計的各個方面以及各種各樣的機械設(shè)計中，它在提高機械設(shè)計的質(zhì)量和轉(zhuǎn)化為實際制造的效率方面，發(fā)揮著重要作用。計算機輔助設(shè)計便是伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)，并廣泛應(yīng)用于多種學(xué)科的一種方法。

3 機械工程計算中CAD技術(shù)的應(yīng)用

CAD，即計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)是指在計算機硬件和軟件的支撐下，通過對機械工程產(chǎn)品進(jìn)行描述、造型、系統(tǒng)分析、優(yōu)化、仿真和圖形化處理的研究與應(yīng)用，使計算機輔助工程技術(shù)人員完成產(chǎn)品全部設(shè)計過程的一種現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)。CAD中設(shè)計者與計算機密切合作，在決定設(shè)計策略、信息處理、修改設(shè)計以及分析計算方面充分發(fā)揮著各自不同的專長。利用計算機存儲信息、檢索、分析計算、圖形與文字處理以及其他重復(fù)的驗算工作。當(dāng)前CAD系統(tǒng)的硬件環(huán)境主要是工程工作站及個人計算機。工作站是具有高速的科學(xué)計算、豐富的圖形處理及靈活的窗口與網(wǎng)絡(luò)管理功能的交互式計算機系統(tǒng)，它一般具有32位或64位字長的中央處理器（CPU），廣泛采用精簡指令（RISC），超標(biāo)量、超流水線及超長指令技術(shù)，具有Unix操作系統(tǒng)和X窗口管理系統(tǒng)，在一個分布式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運行。在機械工程計算中利用CAD技術(shù)進(jìn)行二維繪圖、圖形及符號庫、參數(shù)化設(shè)計、三維造型等，通過CAD進(jìn)行二維繪圖以及三維造型，在許多具有實體建模功能的CAD軟件中，都有一些基本體系，例如在CAD的三維實體造型模塊中，系統(tǒng)提供了六種基本體系，然后再經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析，分解成若干個基本體并最終進(jìn)行三維實體造型。

4 機械工程計算中CAE技術(shù)的應(yīng)用

CAE，即計算機輔助工程作為一種綜合應(yīng)用計算力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、信息科學(xué)等相關(guān)的綜合工程技術(shù)機械工程計算中CAE技術(shù)的應(yīng)用是指使用有限元軟件對機械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，強度應(yīng)力、剛度應(yīng)變和變形、動態(tài)特性固有頻率、振動模態(tài)、熱態(tài)特性溫度場、熱變形。在CAE分析的一般流程及其技術(shù)應(yīng)用特帶你的基礎(chǔ)上，研究幾何模型的建立、有限元模型的建立包括網(wǎng)絡(luò)劃分、整機系統(tǒng)的分解與合成、邊界及載荷處理等、求解、結(jié)果數(shù)據(jù)分析等系統(tǒng)CAE的應(yīng)用技術(shù)。計算機輔助工程的特點是以機械工程和科學(xué)問題為背景，建立甲酸模型并進(jìn)行計算機仿真分析。一方面，在機械工程計算中CAE技術(shù)的應(yīng)用，使以往許多由于受條件限制無法分析的復(fù)雜問題，通過計算機模擬得到滿意的解答;另一方面，計算機輔助分析使大量的復(fù)雜的機械工程計算分析簡單化，使復(fù)雜的過程層次化，節(jié)省了大量的時間，避免了低水平重復(fù)的工作，是工程分析更快、更準(zhǔn)確。在產(chǎn)品的設(shè)計、分析、新產(chǎn)品的開發(fā)等方面發(fā)揮了重要的作用，同時CAE這一新興的數(shù)值模擬分析技術(shù)在機械工程計算中的應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)的發(fā)展又推動了許多相關(guān)的基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)的進(jìn)步。在機械產(chǎn)品開發(fā)中由概念設(shè)計、初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計到試驗，再修正設(shè)計，再試驗，知道滿足產(chǎn)品要求，CAE仿真分析技術(shù)的引入，最大限度的較少或者縮短了材料的浪費以及耗時環(huán)節(jié)。一個多參數(shù)的工藝或者制造過程的仿真模擬、力能計算和參數(shù)優(yōu)化中，也可以得到對象局部、相互關(guān)系和全域的結(jié)果。

5 機械工程計算中計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用

計算機仿真技術(shù)又稱虛擬樣機技術(shù)，設(shè)計人員在計算機上建立樣機模型，對模型進(jìn)行各種動態(tài)性能分析，然后改進(jìn)樣機設(shè)計方案，用數(shù)字化形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實物樣機實驗的一種新型技術(shù)。在機械工程計算中通過建立真實系統(tǒng)的計算機模型，分析實際系統(tǒng)的行為特征。計算機仿真技術(shù)的關(guān)鍵因素在于建立真實的系統(tǒng)計算機模型，包括數(shù)學(xué)模型和仿真模型，而且具有經(jīng)濟、可靠、使用、安全、靈活以及可重復(fù)使用等優(yōu)點，目前在機械工程計算中已經(jīng)成為許多復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計、實驗等的必不可少的手段。計算機仿真技術(shù)以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，以計算機和各種物理設(shè)施為設(shè)備工具，利用系統(tǒng)模型對實際的或者設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗仿真研究。計算機仿真技術(shù)實現(xiàn)必須具備CAD圖形學(xué)、幾何造型技術(shù)、工程數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及計算力學(xué)等知識。

6 機械工程計算中CAM技術(shù)的應(yīng)用

CAM，即計算機輔助工程分析是指一系列對機械工程產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)行各種模擬、仿真、分析和優(yōu)化技術(shù)，是一種利用計算機輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計等問題的近似數(shù)值分析方法。CAE技術(shù)主要包括有限元分析、運動學(xué)和動力學(xué)分析、流體力學(xué)分析以及優(yōu)化設(shè)計分析等內(nèi)容。利用計算機輔助編制CNC機床的零件加工程序。CAM技術(shù)在機械工程中的主要作用是數(shù)控加工，它與CAD技術(shù)相互作用，是密不可分的一個整體，許多CAD系統(tǒng)都有輔助的CAM數(shù)控加工模塊，用CAD生成的圖形信息或者數(shù)據(jù)，然后通過轉(zhuǎn)換變成控制指令，然后設(shè)置加工參數(shù)等，由此可見CAD/CAM技術(shù)是現(xiàn)代機械工程發(fā)展的必然趨勢。

7 結(jié)語

伴隨著我國科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化水平的不斷提高，計算機技術(shù)在機械工程計算當(dāng)中應(yīng)用也越來越普及，利用計算機技術(shù)建立機械工程的動力學(xué)模型，然后進(jìn)行計算機仿真技術(shù)分析，獲得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的強度應(yīng)力、剛度應(yīng)變和變形、動態(tài)特性固有頻率、振動模態(tài)、熱態(tài)特性溫度場、熱變形等參數(shù)，根據(jù)計算分析得到容易導(dǎo)致機械出現(xiàn)疲勞失效的風(fēng)險以及其它潛在問題。

參考文獻(xiàn)

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