有限元法及CAE技術在現代機械工程中的應用

玄東哲

(延邊職業技術學院，吉林 延吉 133000)

有限元法及CAE技術在現代機械工程中的應用

玄東哲

(延邊職業技術學院，吉林 延吉 133000)

隨著科學技術的不斷進步，社會經濟的迅猛發展，我們的生活已經越來越智能化。在結合信息技術的基礎上，很多設備科技含量也越來越高，一部分高新技術手段已廣泛普及，在我國現代機械工程中，出現了有限元法及CAE技術，此項技術能極大提升機械工程實際效率。就有限元法及CAE技術進行相關定義概述，結合有限元法及CAE技術發展現狀，對其在具體現代機械工程的應用進行探究。

有限元法；CAE技術；現代機械工程；靜力學分析

1 有限元法及CAE技術概述

有效元法與CAE技術是計算機輔助技術的一種，在很多機械產品生產領域中都有廣泛應用，能夠進行精準且高效的計算、設計、分析等，化解了眾多較復雜的設計與分析問題，為機械工程實際施工操作帶來了一定程度的便利，也極大提升了機械工程施工效率，提高了施工生產的產品質量。尤其是隨著社會經濟的發展，在這種競爭十分激烈的社會市場環境下，企業若要獲得成功，就必須進一步提升自身設備工藝技術水準，要在充分發揮高科技技術優勢的前提下，實現自身產品質量增強的目的。有限元法是指求解相關方程式的一種方法，能夠對電磁、流體、產品結構設計、聲學等多個方面進行計算與分析，有效元法理念的優點是能將各個單獨的單元格式連接在一起進行運算，能結合多種影響情況來統一宏觀地規劃與調控，極大地避免了某些因素的錯漏。在非線性問題上，有限元法也體現出了卓越的優勢性，有限元法的解法步驟相比于其他方式要更加系統化、完整化，能夠擁有一定條理，在這種條理十分清楚的運算指導下，能夠有效開發更加靈活通用的計算機程序，有著廣闊的發展和應用前景。

2 有限元法及CAE技術發展現狀

在傳統機械工程產品設計與生產中，大多都是依靠工程師的經驗進行有關產品結構與元件構造的具體設計，根據設計圖稿進行樣機制作，再檢測樣機能否正常運行。若運行狀況不佳，則重新設計與制作，以此循環直到設計出的產品能夠順利投入使用。這類機械生產方式會造成一定程度上的人力、物力資源浪費，會給企業實際經濟發展造成一定影響，給企業經濟收益帶來很大損失。而有效元件與CAE技術在相關機械產品設計制作與生產中，能夠簡化步驟，極大提升產品制作的實際效益，避免了很多重復工序，在設計的基礎上進行模擬實驗，然后根據模擬實驗結果確定是否能投入實際產品生產中，運用這種方式生產的產品質量都能有保證，這種利用虛擬樣機來替代傳統檢測樣機生產的步驟給機械工程整個操作流程都帶來了一定的便利性。這種CAE技術也已成為衡量企業技術水平的標準，成為了企業在激烈競爭中制勝的重要工具，未來CAE技術也將有更廣闊的發展前景，有限元法的計算模式及這種思想也將繼續得到拓展與深入，將應用于更廣的范圍中。

3 有限元法及CAE技術在現代機械工程中的應用

3.1 靜力學分析

有限元法及CAE技術在現代機械工程中的應用有靜力學分析。利用有限元法及CAE技術能夠對機械生產產品結構中的各個元件的受力與作用力等多種力學進行大小確定、方向確定，尤其是有些靜力學力的大小變化較小，采用一般的測量技術很難觀察出來，而采用有限元法及CAE技術是在對二維或三維機械結構荷載力分析的基礎上進行，雖然作用在結構上的荷載力隨著時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算機信息處理技術能夠極大加強受力分析的準確性。

3.2 模態分析

模態分析是利用CAE技術，采取電子計算機信息處理技術，在網絡上靈活運用二維或三維空間進行構圖，使產品結構設計變得更加具體形象，可用于研究結構的固有頻率。該應用充分結合了力學研究的方式和原理，使實際產品設計質量增強，設計過程變得更加科學有效。

3.3 諧響應分析和動態力學分析

有限元法及CAE技術在現代機械工程中的應用主要有諧響應分析和動態力學分析，這方面的研究分析是基于力學分析理論之上，運用有限元法及CAE技術能夠極大增強實際產品元件設計結構的受力分析準確性，對產品結構元件在周期載荷與非周期載荷研究上起到增強精準度、省時省力高效操作的作用。

3.4 熱應力分析

有限元法及CAE技術在現代機械工程中的應用是對熱應力的分析，這類分析通常應用在當設計結構的工作溫度與安裝溫度不一樣的情況中，若兩者溫度指數有偏差則代表機械結構中某一元件在質量或結構設計中存在問題，進行熱應力分析能夠找出導致兩者溫度不一樣的根源，對設備結構內部各個元件的熱能感應進行具體分析，從而使元件中的溫度分布更加直觀可控，進一步完善對元件結構的設計制作與管理。

3.5 接觸分析

有限元法及CAE技術在現代機械工程中的應用還有對產品各個結構設計中的接觸分析，這也是一種狀態非線性分析。由于機械制作的產品要能保證順利運行，在此前提下需要各個元件協調配合，而各個元件能夠保證運行的前提是結構之間接觸良好，設備結構之間的傳遞力是依靠接觸實現的，因此對接觸力進行探究與分析關乎到整個產品設計與生產的質量。

3.6 屈曲分析

屈曲分析是指對所設計的產品中各個元件結構之間的接觸壓力及元件產生的應變效果的分析，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定時的臨界載荷和屈曲模態形狀，可根據這一屈曲具體數值分析得出元件所能承受的實際壓力，防止因受力過大導致元件結構遭到破壞。

4 小結

在對有限元法及CAE技術進行了解后，我們得知此項技術是基于計算機信息處理技術，作為一種計算機信息輔助技術加以使用的，充分利用了計算機技術的智能化與信息處理的快捷化，能夠極大提高實際工作運行效率，快速增強結構設計水平，在保證產品質量的基礎上，縮短人工、機器等耗損的時間，從而提高機械工程給企業創造的經濟效益，提升企業綜合實力。尤其是在企業產品工程設計與研制中，有限元法及CAE技術顯示出無可比擬的優越性，是機械工程中的重要設備儀器，也是進行基礎產品施工生產的必備技能，其在現代機械工程中的具體應用主要有：對相關結構，如靜力學的分析、模態分析、動態力學分析等，能將具體分析細節精確至具體數字表示，從而提高實際機械制作產品的質量性能，使產品各個元件都能完美吻合，充分發揮計算機輔助技術的優勢。今后，我們還將繼續深入探究有關有限元法及CAE技術的相關使用方法和結構設計，用以提高其科學含量，促進機械產品生產，推進我國企業進一步發展。

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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