机械设计中有限元法的应用分析

牟清举

（重庆科创职业学院，重庆 402160）

1 有限元法的简介

有限元法来源于早期人们研究固体力学而诞生的。随着经济不断进步，科学技术的提高，计算机水平也得到了很好的发展，自然有限元法也渐渐被发展了起来。有限元法对于产品的研发与设计有着很重要的作用且在机械设计中应用的最为频繁。

2 机械设计中有限元法的应用

以前的机械设计都是基于经验上的设计，利用现有的资料开展新的产品研发，然后在根据经验对其进行合理的改进，不仅浪费时间，而且生产的产品机械性能还差，这就会导致生产效率低，成本却还是耗费了，究其原因，传统的设计十分有限，没有更多选择的余地，并且设计的工作也较为盲目，即便是选择了好的方案，却没有相对的标准衡量生产的效果。所以随着时代的进步，我国推广了有限元法的应用，大大提高了机械设计的要求。在机械设计中应用有限元法，不仅减少了人力物力的消耗，生产出的零件还得到了很好地优化，降低了材料的浪费，让成本得到了保障。在目前，有限元法对机械设计来说，是最直接有效的方法，既减短了设计时间，还减少了试件的制作，使得降低了很多的成本。所以，机械设计的各企业都在应用有限元法，且受到了许多技术人员的青睐。

3 机械设计中有限元法的过程

（1）机械模型简化。所谓机械模型简化，就是将新产品模型中不太会影响到机械生产的部分去掉，如机械结构中的倒角等。因为将这部分留下反而会影响机械整体质量，特别是在加大运算的时候，就会导致很难以收到效果。

（2）单元格划分。把整体机械模型进行分开处理，以便技术人员从分散的数据中得出模拟分析的规律。此外，在单元格划分的过程中，一定要根据不同的模型构建不同的有限数据，如此才能确保在设计结束后，方便操作材料的选择及定义。

（3）定义机械的几何特点。在进行机械设计制造时，必须要根据产品的几何特征做出相对应的模型，自然就需要定义该模型的几何特征，如：机械模型中的零件变力、应力、厚度等等。显而易见，不同的机械必然会有不同的要求，这样的话，就要求机械设计人员根据具体情况做出决策。此外，一定要强调材料特性的定义问题，对已完成的机械模型需构建材料参数，尤其是决定性的部分，而对于大部分的金属材料只需建立杨式模量。最后，通过利用计算机赋予同种模式不同环节或不同模型相关的系数。

（4）定义接触条件与载荷状况。对于接触条件定义，一定要结合模型的组成来确定。以橡胶衬套为例，橡胶在接触受力后，极易容易变形，而橡胶就是变形体，但是外衬套与内衬套并不会变形，称之为刚体。当接触条件定义结束后，机械模型的受力与材料也基本定下来了。其次是确定载荷条件，而这则需要运用到有限元法的定义，才可确定。

（5）定义作业与单元类型。对已完成好的机械模型，选择到作业中时，一定要做好细致的作业，如若是复杂的机械，那么就需要用初始的载荷定义，在选择具体的操作与设计进行分析。最后，不同的结构类型在有限元法中有着不同的单元类型，因此，需要利用到计算机对其类型进行定义。

4 有限元软件的简介

对于有限元法而言，实用性与通用性致使了有限元程序的发展，大部分的设计企业都会采用有限元软件，自行去研发的非常的少，从而让通用有限元软件得到了很好的发展，不仅满足了开发产品的要求，同时还有非常好的处理能力与计算能力。其特点有：材料丰富、功能强大等。随着时代步入商业化阶段，各个企业为了开阔自己的市场，更多地满足客户的需求，在软件上消耗了大量的时间与资金，以此完善不足，从而让有限元软件跟上时代的步伐，满足用户的需求。

5 结语

综上所述，文章对机械设计中的有限元法的应用进行了详细的分析，并简要介绍了有限元软件的运用以及研发。随着时代的进步，有限元越来越多的被各大企业所青睐，不仅让企业的设计效果得到了明显的提高，同时还优化了设计方案，值得注意的是，有限元法的应用缩短了产品开发的时间，大大节约了成本。虽然目前我国的大部分机械企业还在运用传统的设计，可需要重视的是已有很多的技术人员了解到了CAE技术的发展潜力，并且也在不断的推广中，进而让生产力可以得到提高。因此，在机械设计中应用有限元法，必然会是发展机械事业的趋势，更会是提高我国经济与科学的关键。那么希望我国日后的机械企业可以真正地将有限元法应用到设计中国，进而促进我国的经济可持续发展。

［1］黄博，曹家齐.机械设计中有限元分析技术的应用实践探微［J］.大科技，2016，（3）.