試析有限元法在機械設(shè)計中起到的重大作用

　　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)用到了機械設(shè)計領(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求解擴展到動力學(xué)問題和穩(wěn)定性問題等。有限元法已經(jīng)從最初只能解決個別問題提升到能夠解決各個方面甚至各個領(lǐng)域的問題，發(fā)展前景廣闊，為推動科技進步、社會發(fā)展以及機械設(shè)計的現(xiàn)代化進程做出了貢獻。

　　關(guān)鍵詞：有限元法,機械設(shè)計,機械制造

　　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)用比較簡單的問題來代替比較復(fù)雜的問題之后再進行求解，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，用一個比較合適的近似解來進行推算和演繹，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。因為很多實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，有限元法相對能夠準(zhǔn)確計算問題的解，并且對各種各樣復(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比較有效的方法[2]。

　　隨著計算機技術(shù)和計算方法的發(fā)展，有限元法已經(jīng)在計算力學(xué)和計算工程領(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)中位移場和應(yīng)力場問題的分析、電磁學(xué)中的電磁場分析以及流體力學(xué)的流暢分析都能夠應(yīng)用有限元法進行解決。有限元法在機械設(shè)計中做出了一定的貢獻，對機械企業(yè)的發(fā)展有很大的促進作用，能夠更好地促進社會的發(fā)展，推動我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

　　2有限元法在機械設(shè)計中的應(yīng)用

　　2.1模型簡化和單元格劃分。模型簡化是在一定程度和范圍內(nèi)對不會給模型整體造成非常大變化的部分進行去除。例如，機械設(shè)備中的圓角或者倒角都可以用這種方法進行去除。而進行模型簡化的根本目的就是防止這些因素對機械單元格的整體質(zhì)量造成不良的影響，特別是在運算比較大的情況下這些影響因素會使分析結(jié)果比較難收斂。模型簡化在計算過程中是有一定意義的，還能夠提高計算的效率，使計算過程更加簡潔，同時對計算結(jié)果的準(zhǔn)確性也沒有很大的影響。例如在對橡膠襯套的徑向裁剪的過程中，對其固定和形變進行分析，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整個機械模型進行離散處理，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)不同機械模型需求來創(chuàng)建有限集合，從而確定設(shè)計結(jié)束后的采取和邊界條件的確定[3]。

　　2.2機械幾何屬性。設(shè)計人員應(yīng)該對制造出的產(chǎn)品的幾何屬性進行分析，而幾何屬性也是創(chuàng)建相應(yīng)的模型的依據(jù)。設(shè)計人員在制作模型之前應(yīng)該對產(chǎn)品的幾何屬性進行定性分析。例如，機械中某些零件里的變化和熱屬性的研究。但不同的機械模型對創(chuàng)建條件也是不同的，因此設(shè)計人員應(yīng)該根據(jù)實際情況，在最大限度內(nèi)制造出最適宜的機械模型。已經(jīng)制造出的機械模型應(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應(yīng)的參數(shù)。

　　2.3接觸條件和載荷情況。機械模型中各個部分所構(gòu)成的接觸情況是對接觸條件進行定義的依據(jù)。例如，在橡膠襯套的研究過程中，橡膠會因為受到力的壓迫之后產(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)該進行確定。并且在已經(jīng)完成定義的載荷情況，設(shè)計人員應(yīng)該更加地嚴謹，將其帶入作業(yè)中更仔細地處理也是不可缺少的一個步驟。同時，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)被機械設(shè)計領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的計算方法，為一些比較難解決的問題提供了良好的解決途徑，為機器實現(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)驗和前提條件，并且還能夠提高機器的壽命和安全程度。在一定程度上推進了我國機械制造業(yè)的改頭換面，推動了我國成為制造強國的進程。

　　參考文獻：

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

　　[2]鞠紅香.機械設(shè)計制造及其自動化發(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.一次性機械設(shè)計理念及實踐[J].機械工程學(xué)報，2014，50(1):152-156.

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