牟清舉

（重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院，重慶 402160）

1 有限元法的簡(jiǎn)介

有限元法來源于早期人們研究固體力學(xué)而誕生的。隨著經(jīng)濟(jì)不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的提高，計(jì)算機(jī)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(duì)于產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計(jì)有著很重要的作用且在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用的最為頻繁。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)中有限元法的應(yīng)用

以前的機(jī)械設(shè)計(jì)都是基于經(jīng)驗(yàn)上的設(shè)計(jì)，利用現(xiàn)有的資料開展新的產(chǎn)品研發(fā)，然后在根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行合理的改進(jìn)，不僅浪費(fèi)時(shí)間，而且生產(chǎn)的產(chǎn)品機(jī)械性能還差，這就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率低，成本卻還是耗費(fèi)了，究其原因，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)十分有限，沒有更多選擇的余地，并且設(shè)計(jì)的工作也較為盲目，即便是選擇了好的方案，卻沒有相對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)衡量生產(chǎn)的效果。所以隨著時(shí)代的進(jìn)步，我國(guó)推廣了有限元法的應(yīng)用，大大提高了機(jī)械設(shè)計(jì)的要求。在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用有限元法，不僅減少了人力物力的消耗，生產(chǎn)出的零件還得到了很好地優(yōu)化，降低了材料的浪費(fèi)，讓成本得到了保障。在目前，有限元法對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)來說，是最直接有效的方法，既減短了設(shè)計(jì)時(shí)間，還減少了試件的制作，使得降低了很多的成本。所以，機(jī)械設(shè)計(jì)的各企業(yè)都在應(yīng)用有限元法，且受到了許多技術(shù)人員的青睞。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中有限元法的過程

（1）機(jī)械模型簡(jiǎn)化。所謂機(jī)械模型簡(jiǎn)化，就是將新產(chǎn)品模型中不太會(huì)影響到機(jī)械生產(chǎn)的部分去掉，如機(jī)械結(jié)構(gòu)中的倒角等。因?yàn)閷⑦@部分留下反而會(huì)影響機(jī)械整體質(zhì)量，特別是在加大運(yùn)算的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致很難以收到效果。

（2）單元格劃分。把整體機(jī)械模型進(jìn)行分開處理，以便技術(shù)人員從分散的數(shù)據(jù)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(jù)不同的模型構(gòu)建不同的有限數(shù)據(jù)，如此才能確保在設(shè)計(jì)結(jié)束后，方便操作材料的選擇及定義。

（3）定義機(jī)械的幾何特點(diǎn)。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)制造時(shí)，必須要根據(jù)產(chǎn)品的幾何特征做出相對(duì)應(yīng)的模型，自然就需要定義該模型的幾何特征，如：機(jī)械模型中的零件變力、應(yīng)力、厚度等等。顯而易見，不同的機(jī)械必然會(huì)有不同的要求，這樣的話，就要求機(jī)械設(shè)計(jì)人員根據(jù)具體情況做出決策。此外，一定要強(qiáng)調(diào)材料特性的定義問題，對(duì)已完成的機(jī)械模型需構(gòu)建材料參數(shù)，尤其是決定性的部分，而對(duì)于大部分的金屬材料只需建立楊式模量。最后，通過利用計(jì)算機(jī)賦予同種模式不同環(huán)節(jié)或不同模型相關(guān)的系數(shù)。

（4）定義接觸條件與載荷狀況。對(duì)于接觸條件定義，一定要結(jié)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(nèi)襯套并不會(huì)變形，稱之為剛體。當(dāng)接觸條件定義結(jié)束后，機(jī)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(yùn)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(duì)已完成好的機(jī)械模型，選擇到作業(yè)中時(shí)，一定要做好細(xì)致的作業(yè)，如若是復(fù)雜的機(jī)械，那么就需要用初始的載荷定義，在選擇具體的操作與設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。最后，不同的結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)對(duì)其類型進(jìn)行定義。

4 有限元軟件的簡(jiǎn)介

對(duì)于有限元法而言，實(shí)用性與通用性致使了有限元程序的發(fā)展，大部分的設(shè)計(jì)企業(yè)都會(huì)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(chǎn)品的要求，同時(shí)還有非常好的處理能力與計(jì)算能力。其特點(diǎn)有：材料豐富、功能強(qiáng)大等。隨著時(shí)代步入商業(yè)化階段，各個(gè)企業(yè)為了開闊自己的市場(chǎng)，更多地滿足客戶的需求，在軟件上消耗了大量的時(shí)間與資金，以此完善不足，從而讓有限元軟件跟上時(shí)代的步伐，滿足用戶的需求。

5 結(jié)語

綜上所述，文章對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)中的有限元法的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并簡(jiǎn)要介紹了有限元軟件的運(yùn)用以及研發(fā)。隨著時(shí)代的進(jìn)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(shè)計(jì)效果得到了明顯的提高，同時(shí)還優(yōu)化了設(shè)計(jì)方案，值得注意的是，有限元法的應(yīng)用縮短了產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間，大大節(jié)約了成本。雖然目前我國(guó)的大部分機(jī)械企業(yè)還在運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可需要重視的是已有很多的技術(shù)人員了解到了CAE技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Γ⑶乙苍诓粩嗟耐茝V中，進(jìn)而讓生產(chǎn)力可以得到提高。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用有限元法，必然會(huì)是發(fā)展機(jī)械事業(yè)的趨勢(shì)，更會(huì)是提高我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)的關(guān)鍵。那么希望我國(guó)日后的機(jī)械企業(yè)可以真正地將有限元法應(yīng)用到設(shè)計(jì)中國(guó)，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

［1］黃博，曹家齊.機(jī)械設(shè)計(jì)中有限元分析技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐探微［J］.大科技，2016，（3）.