試析有限元法在機(jī)械設(shè)計(jì)中起到的重大作用

　　近些年來，有限元法成為了備受業(yè)界爭(zhēng)議的話題，有限元法作為一種有效的方法已被廣泛的應(yīng)用到了機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，最初在求解結(jié)構(gòu)的平面問題中有所應(yīng)用。而伴隨時(shí)代的發(fā)展，已經(jīng)由二維問題提升到三維問題和板殼問題，并且從單一的物理場(chǎng)求解擴(kuò)展到動(dòng)力學(xué)問題和穩(wěn)定性問題等。有限元法已經(jīng)從最初只能解決個(gè)別問題提升到能夠解決各個(gè)方面甚至各個(gè)領(lǐng)域的問題，發(fā)展前景廣闊，為推動(dòng)科技進(jìn)步、社會(huì)發(fā)展以及機(jī)械設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化進(jìn)程做出了貢獻(xiàn)。

　　關(guān)鍵詞：有限元法,機(jī)械設(shè)計(jì),機(jī)械制造

　　1有限元法的概念及發(fā)展

　　有限元法是在20世紀(jì)誕生的。有限元法的概念就是通過應(yīng)用比較簡(jiǎn)單的問題來代替比較復(fù)雜的問題之后再進(jìn)行求解，將求解域看作是由很多比較小的有限元連接而成的并且具有一定聯(lián)系的互連子域組成的，用一個(gè)比較合適的近似解來進(jìn)行推算和演繹，得出總域的滿足條件。但最后得出的結(jié)果不是準(zhǔn)確解，而是近似值。因?yàn)楹芏鄬?shí)際問題都不能通過一定的解決方法得出非常準(zhǔn)確的結(jié)果，有限元法相對(duì)能夠準(zhǔn)確計(jì)算問題的解，并且對(duì)各種各樣復(fù)雜的情況都能夠適應(yīng)，因此，有效元法在工程分析手段中是一個(gè)比較有效的方法[2]。

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算方法的發(fā)展，有限元法已經(jīng)在計(jì)算力學(xué)和計(jì)算工程領(lǐng)域中廣發(fā)應(yīng)用，解決了許多工程分析的難題，在給出的定邊界條件下解決控制方程的問題。比如，最常見的固體力學(xué)中位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)問題的分析、電磁學(xué)中的電磁場(chǎng)分析以及流體力學(xué)的流暢分析都能夠應(yīng)用有限元法進(jìn)行解決。有限元法在機(jī)械設(shè)計(jì)中做出了一定的貢獻(xiàn)，對(duì)機(jī)械企業(yè)的發(fā)展有很大的促進(jìn)作用，能夠更好地促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展，推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

　　2有限元法在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

　　2.1模型簡(jiǎn)化和單元格劃分。模型簡(jiǎn)化是在一定程度和范圍內(nèi)對(duì)不會(huì)給模型整體造成非常大變化的部分進(jìn)行去除。例如，機(jī)械設(shè)備中的圓角或者倒角都可以用這種方法進(jìn)行去除。而進(jìn)行模型簡(jiǎn)化的根本目的就是防止這些因素對(duì)機(jī)械單元格的整體質(zhì)量造成不良的影響，特別是在運(yùn)算比較大的情況下這些影響因素會(huì)使分析結(jié)果比較難收斂。模型簡(jiǎn)化在計(jì)算過程中是有一定意義的，還能夠提高計(jì)算的效率，使計(jì)算過程更加簡(jiǎn)潔，同時(shí)對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性也沒有很大的影響。例如在對(duì)橡膠襯套的徑向裁剪的過程中，對(duì)其固定和形變進(jìn)行分析，增加徑向不帶孔的方向適當(dāng)?shù)卦黾恿Χ龋⑶冶３旨虞d速度。而單元格劃分就是對(duì)整個(gè)機(jī)械模型進(jìn)行離散處理，這樣做的好處是能夠幫助技術(shù)人員將模擬研究的規(guī)律從離散的數(shù)據(jù)中找出，并且依據(jù)不同機(jī)械模型需求來創(chuàng)建有限集合，從而確定設(shè)計(jì)結(jié)束后的采取和邊界條件的確定[3]。

　　2.2機(jī)械幾何屬性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)制造出的產(chǎn)品的幾何屬性進(jìn)行分析，而幾何屬性也是創(chuàng)建相應(yīng)的模型的依據(jù)。設(shè)計(jì)人員在制作模型之前應(yīng)該對(duì)產(chǎn)品的幾何屬性進(jìn)行定性分析。例如，機(jī)械中某些零件里的變化和熱屬性的研究。但不同的機(jī)械模型對(duì)創(chuàng)建條件也是不同的，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，在最大限度內(nèi)制造出最適宜的機(jī)械模型。已經(jīng)制造出的機(jī)械模型應(yīng)該創(chuàng)建才來參數(shù)，必要的情況可以借助電腦的擬合確定相對(duì)應(yīng)的參數(shù)。

　　2.3接觸條件和載荷情況。機(jī)械模型中各個(gè)部分所構(gòu)成的接觸情況是對(duì)接觸條件進(jìn)行定義的依據(jù)。例如，在橡膠襯套的研究過程中，橡膠會(huì)因?yàn)槭艿搅Φ膲浩戎螽a(chǎn)生形變，這就是橡膠之間的接觸。但是在壓迫中，外襯套和內(nèi)襯套作為一種剛體不會(huì)很容易地出現(xiàn)形變。模型材料和受力情況基本確定是接觸條件進(jìn)行定義的前提條件，并且隨著邊界條件和載荷條件的確立，有限元法的定義收斂發(fā)也應(yīng)該進(jìn)行確定。并且在已經(jīng)完成定義的載荷情況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該更加地嚴(yán)謹(jǐn)，將其帶入作業(yè)中更仔細(xì)地處理也是不可缺少的一個(gè)步驟。同時(shí)，也應(yīng)該利用現(xiàn)代的電腦技術(shù)定義單元類型。

　　3結(jié)束語

　　有限元法是一種比較高效率、準(zhǔn)確度比較高的并且已經(jīng)被機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的計(jì)算方法，為一些比較難解決的問題提供了良好的解決途徑，為機(jī)器實(shí)現(xiàn)高效、高速、高溫、低耗和低成本的現(xiàn)代化發(fā)展提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)和前提條件，并且還能夠提高機(jī)器的壽命和安全程度。在一定程度上推進(jìn)了我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的改頭換面，推動(dòng)了我國(guó)成為制造強(qiáng)國(guó)的進(jìn)程。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]潘偉，安鵬，車軍平.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化的設(shè)計(jì)原則及發(fā)展趨勢(shì)[J].南方農(nóng)機(jī)，2017，48(1):100+108.

　　[2]鞠紅香.機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化發(fā)展方向分析[J].裝備制造技術(shù)，2015(5):261-262+272.

　　[3]王廣林，潘旭東，李躍峰.一次性機(jī)械設(shè)計(jì)理念及實(shí)踐[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，50(1):152-156.

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