玄東哲

(延邊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 延吉 133000)

有限元法及CAE技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用

玄東哲

(延邊職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 延吉 133000)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，我們的生活已經(jīng)越來越智能化。在結(jié)合信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，很多設(shè)備科技含量也越來越高，一部分高新技術(shù)手段已廣泛普及，在我國現(xiàn)代機(jī)械工程中，出現(xiàn)了有限元法及CAE技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)能極大提升機(jī)械工程實(shí)際效率。就有限元法及CAE技術(shù)進(jìn)行相關(guān)定義概述，結(jié)合有限元法及CAE技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，對其在具體現(xiàn)代機(jī)械工程的應(yīng)用進(jìn)行探究。

有限元法；CAE技術(shù)；現(xiàn)代機(jī)械工程；靜力學(xué)分析

1 有限元法及CAE技術(shù)概述

有效元法與CAE技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的一種，在很多機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域中都有廣泛應(yīng)用，能夠進(jìn)行精準(zhǔn)且高效的計(jì)算、設(shè)計(jì)、分析等，化解了眾多較復(fù)雜的設(shè)計(jì)與分析問題，為機(jī)械工程實(shí)際施工操作帶來了一定程度的便利，也極大提升了機(jī)械工程施工效率，提高了施工生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量。尤其是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在這種競爭十分激烈的社會(huì)市場環(huán)境下，企業(yè)若要獲得成功，就必須進(jìn)一步提升自身設(shè)備工藝技術(shù)水準(zhǔn)，要在充分發(fā)揮高科技技術(shù)優(yōu)勢的前提下，實(shí)現(xiàn)自身產(chǎn)品質(zhì)量增強(qiáng)的目的。有限元法是指求解相關(guān)方程式的一種方法，能夠?qū)﹄姶?、流體、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、聲學(xué)等多個(gè)方面進(jìn)行計(jì)算與分析，有效元法理念的優(yōu)點(diǎn)是能將各個(gè)單獨(dú)的單元格式連接在一起進(jìn)行運(yùn)算，能結(jié)合多種影響情況來統(tǒng)一宏觀地規(guī)劃與調(diào)控，極大地避免了某些因素的錯(cuò)漏。在非線性問題上，有限元法也體現(xiàn)出了卓越的優(yōu)勢性，有限元法的解法步驟相比于其他方式要更加系統(tǒng)化、完整化，能夠擁有一定條理，在這種條理十分清楚的運(yùn)算指導(dǎo)下，能夠有效開發(fā)更加靈活通用的計(jì)算機(jī)程序，有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

2 有限元法及CAE技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在傳統(tǒng)機(jī)械工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中，大多都是依靠工程師的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行有關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與元件構(gòu)造的具體設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖稿進(jìn)行樣機(jī)制作，再檢測樣機(jī)能否正常運(yùn)行。若運(yùn)行狀況不佳，則重新設(shè)計(jì)與制作，以此循環(huán)直到設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品能夠順利投入使用。這類機(jī)械生產(chǎn)方式會(huì)造成一定程度上的人力、物力資源浪費(fèi)，會(huì)給企業(yè)實(shí)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成一定影響，給企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益帶來很大損失。而有效元件與CAE技術(shù)在相關(guān)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)制作與生產(chǎn)中，能夠簡化步驟，極大提升產(chǎn)品制作的實(shí)際效益，避免了很多重復(fù)工序，在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，然后根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定是否能投入實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)中，運(yùn)用這種方式生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量都能有保證，這種利用虛擬樣機(jī)來替代傳統(tǒng)檢測樣機(jī)生產(chǎn)的步驟給機(jī)械工程整個(gè)操作流程都帶來了一定的便利性。這種CAE技術(shù)也已成為衡量企業(yè)技術(shù)水平的標(biāo)準(zhǔn)，成為了企業(yè)在激烈競爭中制勝的重要工具，未來CAE技術(shù)也將有更廣闊的發(fā)展前景，有限元法的計(jì)算模式及這種思想也將繼續(xù)得到拓展與深入，將應(yīng)用于更廣的范圍中。

3 有限元法及CAE技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用

3.1 靜力學(xué)分析

有限元法及CAE技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用有靜力學(xué)分析。利用有限元法及CAE技術(shù)能夠?qū)C(jī)械生產(chǎn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的各個(gè)元件的受力與作用力等多種力學(xué)進(jìn)行大小確定、方向確定，尤其是有些靜力學(xué)力的大小變化較小，采用一般的測量技術(shù)很難觀察出來，而采用有限元法及CAE技術(shù)是在對二維或三維機(jī)械結(jié)構(gòu)荷載力分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行，雖然作用在結(jié)構(gòu)上的荷載力隨著時(shí)間變化效果比較緩慢，在具體的檢測過程中比較困難，但是借助于高敏度的計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)能夠極大加強(qiáng)受力分析的準(zhǔn)確性。

3.2 模態(tài)分析

模態(tài)分析是利用CAE技術(shù)，采取電子計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)上靈活運(yùn)用二維或三維空間進(jìn)行構(gòu)圖，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得更加具體形象，可用于研究結(jié)構(gòu)的固有頻率。該應(yīng)用充分結(jié)合了力學(xué)研究的方式和原理，使實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量增強(qiáng)，設(shè)計(jì)過程變得更加科學(xué)有效。

3.3 諧響應(yīng)分析和動(dòng)態(tài)力學(xué)分析

有限元法及CAE技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用主要有諧響應(yīng)分析和動(dòng)態(tài)力學(xué)分析，這方面的研究分析是基于力學(xué)分析理論之上，運(yùn)用有限元法及CAE技術(shù)能夠極大增強(qiáng)實(shí)際產(chǎn)品元件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的受力分析準(zhǔn)確性，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)元件在周期載荷與非周期載荷研究上起到增強(qiáng)精準(zhǔn)度、省時(shí)省力高效操作的作用。

3.4 熱應(yīng)力分析

有限元法及CAE技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用是對熱應(yīng)力的分析，這類分析通常應(yīng)用在當(dāng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的工作溫度與安裝溫度不一樣的情況中，若兩者溫度指數(shù)有偏差則代表機(jī)械結(jié)構(gòu)中某一元件在質(zhì)量或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在問題，進(jìn)行熱應(yīng)力分析能夠找出導(dǎo)致兩者溫度不一樣的根源，對設(shè)備結(jié)構(gòu)內(nèi)部各個(gè)元件的熱能感應(yīng)進(jìn)行具體分析，從而使元件中的溫度分布更加直觀可控，進(jìn)一步完善對元件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制作與管理。

3.5 接觸分析

有限元法及CAE技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用還有對產(chǎn)品各個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的接觸分析，這也是一種狀態(tài)非線性分析。由于機(jī)械制作的產(chǎn)品要能保證順利運(yùn)行，在此前提下需要各個(gè)元件協(xié)調(diào)配合，而各個(gè)元件能夠保證運(yùn)行的前提是結(jié)構(gòu)之間接觸良好，設(shè)備結(jié)構(gòu)之間的傳遞力是依靠接觸實(shí)現(xiàn)的，因此對接觸力進(jìn)行探究與分析關(guān)乎到整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的質(zhì)量。

3.6 屈曲分析

屈曲分析是指對所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品中各個(gè)元件結(jié)構(gòu)之間的接觸壓力及元件產(chǎn)生的應(yīng)變效果的分析，屬于一種非線性分析，能夠模擬出元件在極大壓力情況下及不穩(wěn)定時(shí)的臨界載荷和屈曲模態(tài)形狀，可根據(jù)這一屈曲具體數(shù)值分析得出元件所能承受的實(shí)際壓力，防止因受力過大導(dǎo)致元件結(jié)構(gòu)遭到破壞。

4 小結(jié)

在對有限元法及CAE技術(shù)進(jìn)行了解后，我們得知此項(xiàng)技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，作為一種計(jì)算機(jī)信息輔助技術(shù)加以使用的，充分利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)的智能化與信息處理的快捷化，能夠極大提高實(shí)際工作運(yùn)行效率，快速增強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，縮短人工、機(jī)器等耗損的時(shí)間，從而提高機(jī)械工程給企業(yè)創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益，提升企業(yè)綜合實(shí)力。尤其是在企業(yè)產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)與研制中，有限元法及CAE技術(shù)顯示出無可比擬的優(yōu)越性，是機(jī)械工程中的重要設(shè)備儀器，也是進(jìn)行基礎(chǔ)產(chǎn)品施工生產(chǎn)的必備技能，其在現(xiàn)代機(jī)械工程中的具體應(yīng)用主要有：對相關(guān)結(jié)構(gòu)，如靜力學(xué)的分析、模態(tài)分析、動(dòng)態(tài)力學(xué)分析等，能將具體分析細(xì)節(jié)精確至具體數(shù)字表示，從而提高實(shí)際機(jī)械制作產(chǎn)品的質(zhì)量性能，使產(chǎn)品各個(gè)元件都能完美吻合，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的優(yōu)勢。今后，我們還將繼續(xù)深入探究有關(guān)有限元法及CAE技術(shù)的相關(guān)使用方法和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，用以提高其科學(xué)含量，促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)，推進(jìn)我國企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

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The application of finite element method and CAE technique in modern mechanical engineering

XUAN Dong-zhe

(Yanbian Vocational Technical College, Yanji 133000, China)

With the continuous progress of science and technology as well as the rapid development of social economy, our life has become more and more intelligent. Based on the combination of information technology, technology content of many equipments is also getting higher, and part of the high-tech means have been widely popular. The application of finite element method and CAE technology in China′s modern mechanical engineering has greatly enhanced actual efficiency of mechanical project. The finite element method and CAE technology are introduced, and combined with the development of finite element method and CAE technology, its application in modern mechanical engineering is explored.

Finite element method; CAE technique; Modern mechanical engineering; Statics analysis

2016-10-22

玄東哲(1980-)，男(朝鮮族)，碩士。

TB115

A

1674-8646(2016)23-0038-02