機械設計仿真過程的計算機技術體現研究

馮永勝 鄒家柱

摘 要：伴隨著目前的經濟社會和科學技術的不斷進步和發展，現代機械產品設計開始朝著高智能化、集成化、精細化、信息化、虛擬數字化等方向創新發展。近幾年，隨著計算機仿真技術在機械設計當中的廣泛深入的應用，一些機械產品的虛擬樣機相繼建立。通過對這些虛擬樣機進行多性能的仿真試驗，可以更加具體、詳細、直觀地展示機械產品的某些動態和靜態的性能，在這個背景下可以更為準確的、快速的發現一些潛在的故障、問題和缺陷并及時的進行有針對性的解決和處理，減少甚至完全的避免機械設計出現重大的失誤造成的返工，從而減少機械產品的投資和開發的時間金錢成本，在一定程度上大大降低產品開發的風險隱患，進一步的提升和優化了機械設計的整體水平，大大提高機械設計的質量和效率。本文對機械設計過程中的計算機仿真技術進行了深入細致的研究和分析。

關鍵詞：機械設計;仿真過程;計算機技術

引言：

機械制造行業的發展在進一步的促進我國經濟社會發展和人民群眾生活水平提高等方面發揮了重要積極的作用。各類機械產品已被廣泛應用于各行各業當中，從人們日常生活中所用到的各種電器產品、外出時的各種交通工具，到飛機、輪船甚至衛星導彈等高端工業產品都有他的身影。伴隨著科技的不斷進步和計算機技術的深刻變革、飛速創新，機械產品設計已由傳統的設計階段轉向以計算機仿真技術為核心的更高層次、更高水平的設計階段。本文通過三維立體建模軟件、運動動力學分析軟件、有限元分析軟件等三個方面介紹了計算機技術在機械設計仿真過程中的應用，并且以此為基礎簡述了開展機械設計計算機仿真設計的意義。

1機械設計制造中仿真技術的主要特征

1.1分布性特征

通過把計算機技術和仿真軟件技術的充分結合，進一步的突出了仿真技術在機械制造領域所表現出來的積極意義。因為更高水平的機械設計制造業離不開仿真技術的應用，而計算機仿真技術的應用實際上是從虛擬網絡這個領域中衍生出來的一種新的技術類別，它使機械的設計者可以在不同的地方共同的進行機械產品研發和設計，并能對產品的各種參數進行共同的研究完善、修改和模擬，使計算機仿真技術可以表現出強烈的分布特征。

1.2適用范圍廣

計算機仿真技術的應用對進一步的提高和促進機械設計行業的快速、穩定、可持續的發展具有十分關鍵和重要的意義。仿真技術的應用在機械產品行業當中，不管是從最初的產品設計還是到最后的產品測試環節，都具有十分重要的積極作用。特別是在機械產品設計階段，計算機仿真軟件可將機械設備的各類參數轉換成三維立體的仿真模型，使設計人員可以更清晰、更直觀的看到產品的結構。機械產品的試驗階段采用計算機模擬技術，將產品的測試數據導入軟件系統中，進而計算模擬出產品實際工作中的性能表現。計算機仿真技術在當今已被廣泛地應用于實際機械產品的設計和研發的過程中，以模擬機械產品的結構應力。我司在壓鑄行業中，通過計算機軟件進行有限元靜力學分析，疲勞壽命分析，開鎖模機構運動特性分析，模流分析，溫度場仿真分析等已有廣泛的應用。

1.3集成化特征

集成特性是機械設計和制造仿真技術的最主要特點。利用計算機仿真技術，可以在機械設計與制造中虛擬地建立產品開發與制造過程。此外，由于模擬技術的實現方式多種多樣，因此計算機模擬技術也表現出很強的多樣性[1]。

2機械設計仿真過程的計算機技術體現

為把計算機模擬技術應用到機械產品的設計中，需要通過計算機模擬軟件進行。計算機模擬系統是一種綜合知識密集型的高科技的信息產品，它是充分的融合了計算機數學、計算力學、工程管理學和現代計算機技術。所以，要在機械產品的設計仿真過程中充分的體現先進的計算機技術，就要求相關的產品設計人員必須對計算機仿真軟件有較充分的把握和理解，也要有較高的技術分析能力。

2.1三維實體造型軟件

目前市場上流通的三維實體造型軟件有Pro/E、Solidworks、UG等等，與傳統二維CAD軟件相比，三維實體造型軟件更加致力于對產品完整的表達的各種生產管理信息以及相關的技術。在進行機械設計過程當中，應該將各種軟件進行對比，并且根據實際應用的情況，選擇不同的軟件進行三維造型以及建模技術[2]。

2.2運動以及動力學分析軟件

為了能夠建立較為復雜的機械系統的虛擬樣機，除了對樣機進行三維建模，還需要運用專業的動力學仿真軟件來進行動力學仿真。現階段，較為流行的軟件有美國MSC公司制造的ADAMS軟件，它是能夠將建模、求解以及可視化技術結合為一體的CAE軟件，能夠對多種機械設計方案進行快速分析與比較，輔助設計人員快速獲得綜合的最優方案。

2.3有限元分析軟件

有限元分析軟件是工程技術人員需要掌握的一門重要技能，其中ANSYS是一種廣泛應用的有限元分析軟件，它能夠在協同環境的構架下，對各種CAD軟件的零件模型進行直接讀入，從而完成動力學分析、結構分析及多目標的自動化等等[3]。

3發展機械設計計算機仿真技術的意義

3.1節省經費，保證機械設計質量

伴隨著當今經濟社會的不斷進步、發展和企業的不斷壯大，機械產品的設計也逐漸的進行創新，當然也面臨著一系列的問題集中地表現在了傳統的機械產品設計落后、機械設計創新的經費保障不足的問題，在新的信息化背景下利用先進的計算機仿真技術可以有效的處理和彌補這方面的不足。采用計算機仿真系統可以建立一個可視化的虛擬實驗環境，對機械的模型進行不斷的組合、裝配、拆裝等實驗，達到較高水平的實際試驗的檢測的效果。我司大型壓鑄機研發，樣機試制材料投入動則幾百萬，費用投入巨大，如采用計算機模擬仿真設計開發，只需前期投入幾十萬的材料測試成本，后期可通過計算機模擬開發，大幅減少試錯成本。通過實施計算機模擬實驗，解決了傳統的機械設計階段的重復實驗對硬件設備的依賴性，從而保證了機械產品的設計的質量和水平，大大降低了這個階段的成本經費投入。

3.2先進機械設計技術的應用

計算機仿真技術已在機械設計領域中得到了十分廣泛的應用。利用計算機技術建立了機械產品的仿真模型，并對其靜態和動態特性進行了較高水平、全面真實的仿真分析。在仿真分析結果的基礎上再次進行研究分析，可以很好的完善和改進機械設計方案，大大提高了機械產品的設計質量和效率。根據相關專業預測，傳統的機械設計方法將在未來的一段時間內被全新的計算機數字仿真技術所替代。所以說將計算機仿真技術積極主動的引入到機械設計領域，可以能更好地適應未來的行業發展和市場發展的根本需要。

結語：

進入新世紀以來，各種高新技術得到了十分迅速的發展。計算機仿真技術在機械產品的設計和制造領域得到了十分廣泛的應用，使機械產品的設計逐步從傳統的單一系統發展到更加豐富、更為科學、更為開放、更為復雜的信息化系統。從機械產品概念的形成和設計，計算機仿真技術在機械產品的設計過程中的應用可以說已經全部的覆蓋了機械制造的整個過程，目前也正在隨著技術創新向多領域、多維度、智能化、高度集成化的方向深入的發展，總的來說，計算機仿真機械設計在新的社會背景下的機械設計中具有不可替代、十分重要的作用。

參考文獻：

[1]楊佳.基于計算機仿真技術的機械設計制造研究[J].河南科技，2019（25）：70-72.

[2]王正鐸.淺析仿真技術在機械設計與制造中的應用[J].電子元器件與信息技術，2019（03）：95-98.

[3]肖韶光.機械設計仿真過程的計算機技術體現分析[J].科技創新導報，2013（25）：69.