淺談在機械工程計算當中計算機技術的應用

張穎

摘要：隨著計算機技術的快速發展，其應用領域也日趨廣泛，在機械工程計算當中計算機技術的應用就包括CAD技術、CAE技術、計算機仿真技術以及CAM技術。因此本文對機械工程計算當中計算機技術的應用進行淺談。

關鍵詞：機械工程計算計算機技術應用

1、機械工程計算中CAD技術的應用

CAD，即計算機輔助設計系統是指在計算機硬件和軟件的支撐下，通過對機械工程產品進行描述、造型、系統分析、優化、仿真和圖形化處理的研究與應用，使計算機輔助工程技術人員完成產品全部設計過程的一種現代設計技術。

CAD中設計者與計算機密切合作，在決定設計策略、信息處理、修改設計以及分析計算方面充分發揮著各自不同的專長。利用計算機存儲信息、檢索、分析計算、圖形與文字處理以及其他重復的驗算工作。當前CAD系統的硬件環境主要是工程工作站及個人計算機。工作站是具有高速的科學計算、豐富的圖形處理及靈活的窗口與網絡管理功能的交互式計算機系統，它一般具有32位或64位字長的中央處理器(CPU)，廣泛采用精簡指令(RISC)，超標量、超流水線及超長指令技術，具有Unix操作系統和X窗口管理系統，在一個分布式的網絡環境下運行。

在機械工程計算中利用CAD技術進行二維繪圖、圖形及符號庫、參數化設計、三維造型等，通過CAD進行二維繪圖以及三維造型，在許多具有實體建模功能的CAD軟件中，都有一些基本體系，例如在CAD的三維實體造型模塊中，系統提供了六種基本體系，然后再經過結構分析，分解成若干個基本體并最終進行三維實體造型。

2、機械工程計算中CAE技術的應用

CAE，即計算機輔助工程作為一種綜合應用計算力學、計算數學、信息科學等相關的綜合工程技術機械工程計算中CAE技術的應用是指使用有限元軟件對機械結構進行分析，強度應力、剛度應變和變形、動態特性固有頻率、振動模態、熱態特性溫度場、熱變形。在CAE分析的一般流程及其技術應用特帶你的基礎上，研究幾何模型的建立、有限元模型的建立包括網絡劃分、整機系統的分解與合成、邊界及載荷處理等、求解、結果數據分析等系統CAE的應用技術。

計算機輔助工程的特點是以機械工程和科學問題為背景，建立甲酸模型并進行計算機仿真分析。一方面，在機械工程計算中CAE技術的應用，使以往許多由于受條件限制無法分析的復雜問題，通過計算機模擬得到滿意的解答；另一方面，計算機輔助分析使大量的復雜的機械工程計算分析簡單化，使復雜的過程層次化，節省了大量的時間，避免了低水平重復的工作，是工程分析更快、更準確。在產品的設計、分析、新產品的開發等方面發揮了重要的作用，同時CAE這一新興的數值模擬分析技術在機械工程計算中的應用越來越廣泛，技術的發展又推動了許多相關的基礎學科和應用科學的進步。在機械產品開發中由概念設計、初步設計、詳細設計到試驗，再修正設計，再試驗，知道滿足產品要求，CAE仿真分析技術的引入，最大限度的較少或者縮短了材料的浪費以及耗時環節。一個多參數的工藝或者制造過程的仿真模擬、力能計算和參數優化中，也可以得到對象局部、相互關系和全域的結果。

3、機械工程計算中計算機仿真技術的應用

計算機仿真技術又稱虛擬樣機技術，設計人員在計算機上建立樣機模型，對模型進行各種動態性能分析，然后改進樣機設計方案，用數字化形式代替傳統的實物樣機實驗的一種新型技術。在機械工程計算中通過建立真實系統的計算機模型，分析實際系統的行為特征。計算機仿真技術的關鍵因素在于建立真實的系統計算機模型，包括數學模型和仿真模型，而且具有經濟、可靠、使用、安全、靈活以及可重復使用等優點，目前在機械工程計算中已經成為許多復雜系統進行分析、設計、實驗等的必不可少的手段。計算機仿真技術以數學理論為基礎，以計算機和各種物理設施為設備工具，利用系統模型對實際的或者設想的系統進行試驗仿真研究。計算機仿真技術實現必須具備CAD圖形學、幾何造型技術、工程數據處理技術以及計算力學等知識。在機械工程設計的初始階段，工程師需要利用設計自動化工具進行不同的初始設計，并在計算機上表示出模型樣機，這樣可以方便監測、研究與改進。在這個階段主要是建立初始的模型樣機。可以采用各種CAD軟件，利用ADAMS/EXCHANGE轉化，輸入到ADAMS軟件中，也可以直接利用ADAMS本身的建模工具。

4、機械工程計算中CAM技術的應用

CAM，即計算機輔助工程分析是指一系列對機械工程產品設計進行各種模擬、仿真、分析和優化技術，是一種利用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計等問題的近似數值分析方法。CAE技術主要包括有限元分析、運動學和動力學分析、流體力學分析以及優化設計分析等內容。利用計算機輔助編制CNC機床的零件加工程序。

CAM技術在機械工程中的主要作用是數控加工，它與CAD技術相互作用，是密不可分的一個整體，許多CAD系統都有輔助的CAM數控加工模塊，用CAD生成的圖形信息或者數據，然后通過轉換變成控制指令，然后設置加工參數等，由此可見CAD/CAM技術是現代機械工程發展的必然趨勢。

5、結語

綜上所述，伴隨著我國科學技術現代化水平的不斷提高，計算機技術在機械工程計算當中應用也越來越普及，利用計算機技術建立機械工程的動力學模型，然后進行計算機仿真技術分析，獲得產品結構的強度應力、剛度應變和變形、動態特性固有頻率、振動模態、熱態特性溫度場、熱變形等參數，根據計算分析得到容易導致機械出現疲勞失效的風險以及其它潛在問題。在機械工程計算當中利用計算機技術，提出一些具有針對性的優化方案，為機械工程設計的改進提供了方向，并且有效地縮減了機械工程等關鍵部位的的開發周期與制造成本，大大提升了設計的質量。

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