浅谈有限元法在机械设计中的应用

徐其伟　郭少华

摘 要：随着科技的发展，不管是科学计算领域，还是在设计领域，有限元法都得以广泛的应用。在很多科学领域遇到的问题，有限元法都能对其进行有效的解决。特别是近年来在机械设计中的应用。文章对有限元法在机械设计中的应用进行研究。

关键词：有限元法；机械设计；应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.027

0 前言

隨着计算机水平的不断提高，计算机技术被广泛应用，有限元法在这个过程中，也得到了快速的发展。有限元软件，在功能上也在不断的完善。在产品的设计与研制过程中，有限元法的优越性越来越突出，已经成为目前的机械设计中最关键的工具之一。

1 有限元法

人们在对固体力学进行研究的过程中，有限元法被提出。美国人在七八十年之前，就在矩阵这方面有很多的研究和分析，接着又研制出了钢架位移法，并把这种理论进行了推广，在弹性力学方面的分析过程中，也应用了这种理论，具体来说，就是把这种连续的整体进行划分，分成很多的三角形和矩形，再将这些三角形和矩形中的函数，用近似的方式表现出来。伴随着科技的发展和技术水平的提高，有限元法也逐渐的发展起来，并在产品研制和产品的设计中加以广泛的应用，应用效果十分明显[1]。有限元法也逐渐的开始出现在人们的视野当中，越来越被人们所重视和喜爱。近年来，被广泛的应用在机械设计的过程中。

2 有限元法在机械设计中的应用

在我国，传统的机械设计都是依靠以往经验来完成，在根据一些现有的资料进行新产品的研制和开发。同时，在根据以往的工作经验对设计出的成品进行改进和创新。但是，传统的机械设计方法通常都会浪费掉很多的时间，并且，生产出来的产品，不仅机械性能特别差，机械生产的工作效率也相对比较低，同时，在生产的过程中也浪费了大量的成本。通过对这些问题进行分析和研究，发现是因为设计方法的落后而引起的的问题，设计人员在进行设计的过程中，没有太多的设计选择性，对于设计工具的选择上，有是比较盲目的，设计人员即使最后选定了时间方案，也没有相应的衡量标准衡量机械生产效果。

近年来，我国也渐渐开始应用有限元法进行机械设计。有限元法的应用，很大程度上减少了在设计的过程中，对于企业人力、物力、以及资金上的消耗，对于机械生产过程中的生产零件也做出了相应的改进和优化，对于生产材料的的消耗降低了，也就能节约了很多的生产成本，提高了生产成品的使用性能，同时，也提高了生产工作人员以及机械的生产效率。目前，在机械设计领域，有限元法是一种最有效的方式，也是最普遍的设计方式，有限元法的应用，节约了很多的生产时间以及设计时间，在生产制作过程中成本也相应的降低了。因此，在我国的机械设计过程中，有限元法开始被广泛的应用，同时，也受到了很多机械制造行业的欢迎和热捧，越来越受到机械设计人员的喜爱和青睐[2]。

3 有限元法在机械设计中的应用过程

3.1 机械模式的简化

机械模型的简化过程，简单来说就是对新产品中那些不是很重要的或者不会影响机械运行的部分进行简化和去除，例如，机械中的圆角部分，因为，这些无关紧要部件的存在和保留，在一定程度上来说，会对机械的单元格质量造成很大的影响，特别是在提高了运算量之后，就更难保证机械的计算成果。

3.2 单元格的划分工作

对于单元格的划分工作，简单来说，就是要把机械的整体进行划分，这样的工作过程，更加有利于工作人员在设计的过程中，能快速从杂乱的数据当中，找到模拟分析的规律，在对单元格进行划分的时候，一定要根据具体的结构进行划分，不同的机械模型对应的数据也是不同的[3]。

3.3 对机械几何特征进行定义

在对机械进行设计的过程中，一定要根据机械的几何特征，对相应的模型进行制作，因此，对于几何特征的定义十分重要，例如，机械模型个别零件的变力、厚度、应力等情况的分析和研究，对不一样的机械类型，也会有不一样的要求，机械设计人员在工作的工程中，一定要根据机械的不同类型进行分析和研究，同时，在设计的过程中，一定要重视设计材料的特征，对于在设计的过程中起到关键作用的设计材料进行研究和分析，要了解设计材料的具体参数信息。对于非线性变化材料，需要把它的应力变化数值导入到计算机进行分析和研究。最后，通过计算的工作部分，对不同的模型给予相对应的参数信息。

3.4 定义好单元类型和作业

对于那些定义好之后的机械模型，在具体的作业当中，也要进行相应的的处理工作。对于那些相对比较复杂的机械模型类型，需要运用到初始载荷的定义内容，最后，还要对具体的设计结果以及操作类型进行研究，在这个过程中，要善于利用计算机进行不同单元类型的定义工作。

4 总结

随着时代的发展以及科技水平的进步，有限元法在机械设计的过程中，被广泛的应用，并取得了很好的效果，不管是机械的工作效率，还是机械的生产质量，都有很大程度的提高。为我国社会的发展以及科技的进步提供了很好的保障。

参考文献：

[1]曹文娟.有限元法及模拟软件DEFORM在机械方面中的应用[J].科技致富向导，2014（29）：212-213.

[2]李芬玲.有限元法及其在现代机械工程中的应用[J].四川水泥，

2016（05）：114.

[3]仲丛华.有限元法在机械设计中的应用[J].科学中国人，2015（24）

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