機械設計中有限元法的應用分析

牟清舉

（重慶科創職業學院，重慶 402160）

1 有限元法的簡介

有限元法來源于早期人們研究固體力學而誕生的。隨著經濟不斷進步，科學技術的提高，計算機水平也得到了很好的發展，自然有限元法也漸漸被發展了起來。有限元法對于產品的研發與設計有著很重要的作用且在機械設計中應用的最為頻繁。

2 機械設計中有限元法的應用

以前的機械設計都是基于經驗上的設計，利用現有的資料開展新的產品研發，然后在根據經驗對其進行合理的改進，不僅浪費時間，而且生產的產品機械性能還差，這就會導致生產效率低，成本卻還是耗費了，究其原因，傳統的設計十分有限，沒有更多選擇的余地，并且設計的工作也較為盲目，即便是選擇了好的方案，卻沒有相對的標準衡量生產的效果。所以隨著時代的進步，我國推廣了有限元法的應用，大大提高了機械設計的要求。在機械設計中應用有限元法，不僅減少了人力物力的消耗，生產出的零件還得到了很好地優化，降低了材料的浪費，讓成本得到了保障。在目前，有限元法對機械設計來說，是最直接有效的方法，既減短了設計時間，還減少了試件的制作，使得降低了很多的成本。所以，機械設計的各企業都在應用有限元法，且受到了許多技術人員的青睞。

3 機械設計中有限元法的過程

（1）機械模型簡化。所謂機械模型簡化，就是將新產品模型中不太會影響到機械生產的部分去掉，如機械結構中的倒角等。因為將這部分留下反而會影響機械整體質量，特別是在加大運算的時候，就會導致很難以收到效果。

（2）單元格劃分。把整體機械模型進行分開處理，以便技術人員從分散的數據中得出模擬分析的規律。此外，在單元格劃分的過程中，一定要根據不同的模型構建不同的有限數據，如此才能確保在設計結束后，方便操作材料的選擇及定義。

（3）定義機械的幾何特點。在進行機械設計制造時，必須要根據產品的幾何特征做出相對應的模型，自然就需要定義該模型的幾何特征，如：機械模型中的零件變力、應力、厚度等等。顯而易見，不同的機械必然會有不同的要求，這樣的話，就要求機械設計人員根據具體情況做出決策。此外，一定要強調材料特性的定義問題，對已完成的機械模型需構建材料參數，尤其是決定性的部分，而對于大部分的金屬材料只需建立楊式模量。最后，通過利用計算機賦予同種模式不同環節或不同模型相關的系數。

（4）定義接觸條件與載荷狀況。對于接觸條件定義，一定要結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，但是外襯套與內襯套并不會變形，稱之為剛體。當接觸條件定義結束后，機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，而這則需要運用到有限元法的定義，才可確定。

（5）定義作業與單元類型。對已完成好的機械模型，選擇到作業中時，一定要做好細致的作業，如若是復雜的機械，那么就需要用初始的載荷定義，在選擇具體的操作與設計進行分析。最后，不同的結構類型在有限元法中有著不同的單元類型，因此，需要利用到計算機對其類型進行定義。

4 有限元軟件的簡介

對于有限元法而言，實用性與通用性致使了有限元程序的發展，大部分的設計企業都會采用有限元軟件，自行去研發的非常的少，從而讓通用有限元軟件得到了很好的發展，不僅滿足了開發產品的要求，同時還有非常好的處理能力與計算能力。其特點有：材料豐富、功能強大等。隨著時代步入商業化階段，各個企業為了開闊自己的市場，更多地滿足客戶的需求，在軟件上消耗了大量的時間與資金，以此完善不足，從而讓有限元軟件跟上時代的步伐，滿足用戶的需求。

5 結語

綜上所述，文章對機械設計中的有限元法的應用進行了詳細的分析，并簡要介紹了有限元軟件的運用以及研發。隨著時代的進步，有限元越來越多的被各大企業所青睞，不僅讓企業的設計效果得到了明顯的提高，同時還優化了設計方案，值得注意的是，有限元法的應用縮短了產品開發的時間，大大節約了成本。雖然目前我國的大部分機械企業還在運用傳統的設計，可需要重視的是已有很多的技術人員了解到了CAE技術的發展潛力，并且也在不斷的推廣中，進而讓生產力可以得到提高。因此，在機械設計中應用有限元法，必然會是發展機械事業的趨勢，更會是提高我國經濟與科學的關鍵。那么希望我國日后的機械企業可以真正地將有限元法應用到設計中國，進而促進我國的經濟可持續發展。

［1］黃博，曹家齊.機械設計中有限元分析技術的應用實踐探微［J］.大科技，2016，（3）.