淺談有限元法在機械設計中的應用

徐其偉　郭少華

摘 要：隨著科技的發展，不管是科學計算領域，還是在設計領域，有限元法都得以廣泛的應用。在很多科學領域遇到的問題，有限元法都能對其進行有效的解決。特別是近年來在機械設計中的應用。文章對有限元法在機械設計中的應用進行研究。

關鍵詞：有限元法；機械設計；應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.027

0 前言

隨著計算機水平的不斷提高，計算機技術被廣泛應用，有限元法在這個過程中，也得到了快速的發展。有限元軟件，在功能上也在不斷的完善。在產品的設計與研制過程中，有限元法的優越性越來越突出，已經成為目前的機械設計中最關鍵的工具之一。

1 有限元法

人們在對固體力學進行研究的過程中，有限元法被提出。美國人在七八十年之前，就在矩陣這方面有很多的研究和分析，接著又研制出了鋼架位移法，并把這種理論進行了推廣，在彈性力學方面的分析過程中，也應用了這種理論，具體來說，就是把這種連續的整體進行劃分，分成很多的三角形和矩形，再將這些三角形和矩形中的函數，用近似的方式表現出來。伴隨著科技的發展和技術水平的提高，有限元法也逐漸的發展起來，并在產品研制和產品的設計中加以廣泛的應用，應用效果十分明顯[1]。有限元法也逐漸的開始出現在人們的視野當中，越來越被人們所重視和喜愛。近年來，被廣泛的應用在機械設計的過程中。

2 有限元法在機械設計中的應用

在我國，傳統的機械設計都是依靠以往經驗來完成，在根據一些現有的資料進行新產品的研制和開發。同時，在根據以往的工作經驗對設計出的成品進行改進和創新。但是，傳統的機械設計方法通常都會浪費掉很多的時間，并且，生產出來的產品，不僅機械性能特別差，機械生產的工作效率也相對比較低，同時，在生產的過程中也浪費了大量的成本。通過對這些問題進行分析和研究，發現是因為設計方法的落后而引起的的問題，設計人員在進行設計的過程中，沒有太多的設計選擇性，對于設計工具的選擇上，有是比較盲目的，設計人員即使最后選定了時間方案，也沒有相應的衡量標準衡量機械生產效果。

近年來，我國也漸漸開始應用有限元法進行機械設計。有限元法的應用，很大程度上減少了在設計的過程中，對于企業人力、物力、以及資金上的消耗，對于機械生產過程中的生產零件也做出了相應的改進和優化，對于生產材料的的消耗降低了，也就能節約了很多的生產成本，提高了生產成品的使用性能，同時，也提高了生產工作人員以及機械的生產效率。目前，在機械設計領域，有限元法是一種最有效的方式，也是最普遍的設計方式，有限元法的應用，節約了很多的生產時間以及設計時間，在生產制作過程中成本也相應的降低了。因此，在我國的機械設計過程中，有限元法開始被廣泛的應用，同時，也受到了很多機械制造行業的歡迎和熱捧，越來越受到機械設計人員的喜愛和青睞[2]。

3 有限元法在機械設計中的應用過程

3.1 機械模式的簡化

機械模型的簡化過程，簡單來說就是對新產品中那些不是很重要的或者不會影響機械運行的部分進行簡化和去除，例如，機械中的圓角部分，因為，這些無關緊要部件的存在和保留，在一定程度上來說，會對機械的單元格質量造成很大的影響，特別是在提高了運算量之后，就更難保證機械的計算成果。

3.2 單元格的劃分工作

對于單元格的劃分工作，簡單來說，就是要把機械的整體進行劃分，這樣的工作過程，更加有利于工作人員在設計的過程中，能快速從雜亂的數據當中，找到模擬分析的規律，在對單元格進行劃分的時候，一定要根據具體的結構進行劃分，不同的機械模型對應的數據也是不同的[3]。

3.3 對機械幾何特征進行定義

在對機械進行設計的過程中，一定要根據機械的幾何特征，對相應的模型進行制作，因此，對于幾何特征的定義十分重要，例如，機械模型個別零件的變力、厚度、應力等情況的分析和研究，對不一樣的機械類型，也會有不一樣的要求，機械設計人員在工作的工程中，一定要根據機械的不同類型進行分析和研究，同時，在設計的過程中，一定要重視設計材料的特征，對于在設計的過程中起到關鍵作用的設計材料進行研究和分析，要了解設計材料的具體參數信息。對于非線性變化材料，需要把它的應力變化數值導入到計算機進行分析和研究。最后，通過計算的工作部分，對不同的模型給予相對應的參數信息。

3.4 定義好單元類型和作業

對于那些定義好之后的機械模型，在具體的作業當中，也要進行相應的的處理工作。對于那些相對比較復雜的機械模型類型，需要運用到初始載荷的定義內容，最后，還要對具體的設計結果以及操作類型進行研究，在這個過程中，要善于利用計算機進行不同單元類型的定義工作。

4 總結

隨著時代的發展以及科技水平的進步，有限元法在機械設計的過程中，被廣泛的應用，并取得了很好的效果，不管是機械的工作效率，還是機械的生產質量，都有很大程度的提高。為我國社會的發展以及科技的進步提供了很好的保障。

參考文獻：

[1]曹文娟.有限元法及模擬軟件DEFORM在機械方面中的應用[J].科技致富向導，2014（29）：212-213.

[2]李芬玲.有限元法及其在現代機械工程中的應用[J].四川水泥，

2016（05）：114.

[3]仲叢華.有限元法在機械設計中的應用[J].科學中國人，2015（24）

：58.endprint