CAE技術在農業機械設計中的應用

河南瑞創通用機械制造有限公司，河南 開封 475000

CAE技術在農業機械設計領域具備一定的優勢，結合農業生產管理的實際要求將CAE技術融入農業機械設計中，可以有效強化農業機械使用效率、農業機械生產效率，保證農業生產的穩定性。借助CAE技術創建管理模型，通過仿真技術來保障農業機械設計的質量，實現設計與指導的同步性。但是CAE技術在我國興起的時間相對較短，在實際開展農業機械設計時，還應該結合農業機械設計的實際要求，明確設計的關鍵點，充分發揮出CAE技術優勢，強化農業機械穩定性、高效性。

1 CAE技術內涵概述

CAE（Computer Aided Engineering）即計算機輔助工程，其主要應用內容是借助計算機輔助形式求解復雜的機械工程，結合被設計的機械程序，根據機械的客觀使用需求，借助計算機技術手段對機械結構剛度、強度、屈曲穩定性、動力影響、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等內容進行設計，得出科學合理的數據值分析方法[1]。20世紀末，CAE技術開始在工程、產品設計、機械設計中應用，在航空航天、機械設計、土木工程等領域中起到了重要作用。我國CAE技術的發展應用時間相對較晚，將CAE技術運用到相對煩瑣的機械系統、工程結構中，真正為我國工程的精密化發展、機械自動化發展提供了強大的技術支撐。CAE技術在信息化科學技術中已經處于先進地位，科學計算和有限元理論處于核心位置，借助CAE技術可以將問題細化，切實為我國工程領域、航空航天、機械設計等領域帶來新的發展動力。

2 CAE技術功能

CAE技術在實際運用的時候，主要借助計算機技術手段實施數據分析、仿真優化等功能。CAE技術具有較強的系統性，涵蓋了計算機、設計學、力學、農業學、精密計算等領域的技術內容，具備多功能、精細化、細致化、科學化等特點[2]。在我國農業機械設計領域，農業機械正朝著自動化、信息化的方向發展，設計師在設計農業機械時，可以充分借助CAE技術手段對設計初稿和設計改進部分展開詳細分析，借助幾何模型對構成機械零件的具體參數實施精細化計算[3]。與此同時，提升系統數據分析功能，可以實現對機械設計的模擬運轉，以此對干擾校驗結果的因素進行分析，并且將機械系統的試驗結果呈現出來，對產品的強度、震動、碰撞情況實施綜合評價與系統分析。

3 我國CAE技術發展現狀

當前我國信息化技術、科學技術的蓬勃發展，促使計算機輔助工程技術也在積極創新和發展。隨著社會的發展，我國政府部門逐漸認識到計算機輔助工程技術的重要性，明確了計算機輔助工程技術對國民經濟建設的重要意義。在“科教興國、人才強國”社會發展戰略下，將計算機輔助工程技術融入社會各個角落[4]。近年來，NASTRAN、ANSYS、ABAQUS、I-DEAS等大型通用有限元件分析軟件相繼引入我國，我國從事CAE技術領域的工作人員、科研專業日漸增多，促使CAE技術在社會各個領域推廣應用獲得了較為可觀的成績[5]。但是結合當前CAE技術在我國的應用情況，CAE技術總體與局部之間協調發展不足，很多行業、局部地區還并未涉及CAE技術。CAE技術還只被一部分具備經濟實力的大型企業和部分大學科研機構應用，并未得到普及。

從我國農業機械領域來看，CAE技術應用水平與發達國家相比較低，主要原因是我國自主知識產權相對較少，自主科研的CAE技術軟件不足，造成很多農業機械企業對CAE技術的認識和應用仍處于基礎階段，導致將CAE技術融入農業機械存在一定難度[6-7]。為此，CAE技術科研機構和實力水平較高的國企必須積極承擔起CAE技術科研應用的責任，積極將CAE技術融入農業機械設計，切實強化CAE技術應用科研水平，全面提升農業機械產品設計與制造水平，大力強化農業機械產品的生產應用安全，從而促進我國農業健康、高效發展。

4 CAE技術及其在農業機械設計中的應用案例

結合農業機械設計的實際情況來看，要想使CAE技術與農業機械完美契合，就需要從現有方式進行詳細分析，明確生產管理工作的實際要求，確保CAE技術在農業機械設計中的可行性。充分考慮農業生產與農業管理的需求，重點分析農業機械設計。明確農業機械設備種類，結合機械設備的實際需求，凸顯CAE技術運用優勢，有效促進農業機械設計水平提升。CAE技術對應用環境具備一定要求，為了實現農業機械信息化的整體發展，在開展農業機械設計時，應協調運用CAE、CAD、CAM等技術，從而強化農業機械設備設計的穩定性、可靠性。

CAE技術在農業機械設計中的實際應用案例較多，例如，某科研組織對某農業機械的曲軸進行了有限元分析[8]，并且在此基礎上對曲軸實施改進設計。借助ANSYS前處理技術構建出了曲軸三維實體模型，在網格劃分之下，將劃分成的結果翻譯成有限元計算需要的數據信息[9]。該科研組織機構對曲軸受拉、受壓這兩種情況進行了詳細計算，明確了該曲軸的約束力。在此基礎上借助ANSYS求解器，對已知應力、曲軸強度踐行校驗，其校驗結果顯示試驗結果和實際結果相同，結合有限元分析計算結果，明確了該柴油機的曲軸各項參數，并且將原本柴油機曲軸材料由原來的QT800-2改變成QT700-2。經過不懈的驗證和分析，不僅滿足了農業實際生產高效運用，還在一定程度上避免了浪費資源，全面提升了農業機械的使用成本和經濟效益。

5 CAE技術在農業機械設計中的應用策略

5.1 明確農業機械設計標準

CAE技術在實際應用的過程中，可以結合農業機械設計的實際要求，明確農業機械設計標準，從而在不同情況下發揮多重作用。在信息化社會中，CAE技術與農業機械設計相結合，不僅能強化農業機械企業的綜合競爭力，還能促進農業機械設備的現代化發展，使CAE技術優化升級，形成良性閉環。為了真正展現出CAE技術在農業機械領域的功能，必須結合生產管理工作的實際情況，對CAE技術應用的各項環節進行辨別，借助不同類別的技術手段來調整CAE技術應用效率。在明確農業機械設計目標的基礎上，立足農業機械的實際發展情況，規范各項農業機械技術設計要求，借助CAE技術促進農業生產管理升級轉型[10]。

5.2 構建良好技術指導方法

在農業機械設計中融入CAE技術，可以降低農業機械設計難度。借助CAE技術可以實現對農業機械設計的高效引導，當前CAE軟件中添加了機械專業功能，并且已經成為農業機械設計中的重要內容，可以有效實現個性化的農業機械設計管理。參照農業機械設計管理標準，完善各類仿真設計系統。CAE技術可以讓農業機械設計各個階段、各項設計標準清晰化，通過界面管理的形式，將農業機械設計與管理結合。了解農業機械設計的整體需求，真正對農業機械設備進行指導，從而簡化煩瑣復雜的農業機械設計程序，真正實現智能化設計要求。

5.3 強化動態模擬分析效率

從農業機械實踐應用的層次來看，農業機械運轉的過程中一般存在諸多問題，為了切實有效解決這些問題，技術人員一般會采取大量的試驗分析方法。但是由于經費有限，可以借助CAE技術手段實施動態化的農業機械應用分析，進而解決農業機械在實際應用中存在的問題。例如，在聯合收割機運行的過程中，共振現象會造成電子設備發生毀損，直接干擾聯合收割機的高效實用，而借助CAE技術動態化模擬分析系統，可以優化不同結構尺寸的震動頻率數據，最終促使系統頻率與工作頻率重合[11]。在動態化應用數據捕捉與分析的基礎上，及時發現問題并解決問題，從而實現農業機械的高效運轉。

6 結束語

總而言之，CAE技術在農業機械設計中的運用意義重大，不僅可以簡化農業機械設計過程，還可以實現我國農業現代化發展。在實際開展CAE技術應用時，必須結合農業機械的設計要求，合理運用CAE技術方法，協助動態化模擬分析來優化農業機械應用效率，真正發揮出CAE技術的優勢，從而促進我國農業信息化、現代化發展。