机械设计有限元法的应用

近几年中，有限元法作为业界热议的话题收到了很大的关注。有限元法作为一种很有效的方法被机械设计领域所广泛使用。最初在求解结构的平面问题中有所应用，随着时代的发展,已经由二维问题提升到三位问题和板壳问题，并且从单一的物理场求解扩展到动力学问题和稳定性问题等。有限元法已经从最初只能解决个别问题提升到能够解决各个方面甚至各个领域的问题，具有良好的发展前景，推动了科技的进步、社会的发展以及机械设计的现代化进程。

1有限元法的概念及发展

有限元法是在20世纪诞生的。有限元法的概念就是通过应用比较简单的问题来代替比较复杂的问题之后再进行求解，将求解域看作是由很多比较小的有限元连接而成的并且具有一定联系的互连子域组成的，用一个比较合适的近似解来进行推算和演绎，得出总域的满足条件。但最后得出的结果不是准确解，而是近似值。因为很多实际问题都不能通过一定的解决方法得出非常准确的结果，有限元法相对能够准确计算问题的解，并且对各种各样复杂的情况都能够适应，因此，有效元法在工程分析手段中是一个比较有效的方法[2]。随着计算机技术和计算方法的发展，有限元法已经在计算力学和计算工程领域中广发应用，解决了许多工程分析的难题，在给出的定边界条件下解决控制方程的问题。比如，最常见的固体力学中位移场和应力场问题的分析、电磁学中的电磁场分析以及流体力学的流畅分析都能够应用有限元法进行解决。有限元法在机械设计中做出了一定的贡献，对机械企业的发展有很大的促进作用，能够更好地促进社会的发展，推动我国经济的可持续发展。

2有限元法在机械设计中的应用

2.1模型简化和单元格划分。模型简化是在一定程度和范围内对不会给模型整体造成非常大变化的部分进行去除。例如，机械设备中的圆角或者倒角都可以用这种方法进行去除。而进行模型简化的根本目的就是防止这些因素对机械单元格的整体质量造成不良的影响，特别是在运算比较大的情况下这些影响因素会使分析结果比较难收敛。模型简化在计算过程中是有一定意义的，还能够提高计算的效率，使计算过程更加简洁，同时对计算结果的准确性也没有很大的影响。例如在对橡胶衬套的径向裁剪的过程中，对其固定和形变进行分析，增加径向不带孔的方向适当地增加力度，并且保持加载速度。而单元格划分就是对整个机械模型进行离散处理，这样做的好处是能够帮助技术人员将模拟研究的规律从离散的数据中找出，并且依据不同机械模型需求来创建有限集合，从而确定设计结束后的采取和边界条件的确定[3]。2.2机械几何属性。设计人员应该对制造出的产品的几何属性进行分析，而几何属性也是创建相应的模型的依据。设计人员在制作模型之前应该对产品的几何属性进行定性分析。例如，机械中某些零件里的变化和热属性的研究。但不同的机械模型对创建条件也是不同的，因此设计人员应该根据实际情况，在最大限度内制造出最适宜的机械模型。已经制造出的机械模型应该创建才来参数，必要的情况可以借助电脑的拟合确定相对应的参数。2.3接触条件和载荷情况。机械模型中各个部分所构成的接触情况是对接触条件进行定义的依据。例如，在橡胶衬套的研究过程中，橡胶会因为受到力的压迫之后产生形变，这就是橡胶之间的接触。但是在压迫中，外衬套和内衬套作为一种刚体不会很容易地出现形变。模型材料和受力情况基本确定是接触条件进行定义的前提条件，并且随着边界条件和载荷条件的确立，有限元法的定义收敛发也应该进行确定。并且在已经完成定义的载荷情况，设计人员应该更加地严谨，将其带入作业中更仔细地处理也是不可缺少的一个步骤。同时，也应该利用现代的电脑技术定义单元类型。

3结束语

有限元法是一种比较高效率、准确度比较高的并且已经被机械设计领域广泛应用的计算方法，为一些比较难解决的问题提供了良好的解决途径，为机器实现高效、高速、高温、低耗和低成本的现代化发展提供了可借鉴的经验和前提条件，并且还能够提高机器的寿命和安全程度。在一定程度上推进了我国机械制造业的改头换面，推动了我国成为制造强国的进程。

作者:常豆豆 单位:运城职业技术学院

参考文献：

[1]潘伟,安鹏,车军平.机械设计制造及其自动化的设计原则及发展趋势[J].南方农机,2017,48(1):100+108.

[2]鞠红香.机械设计制造及其自动化发展方向分析[J].装备制造技术,2015(5):261-262+272.

[3]王广林,潘旭东,李跃峰.一次性机械设计理念及实践[J].机械工程学报,2014,50(1):152-156.