机械结构有限元分析的研究现状及基于特征的分析策略

陈嘉成

（ 广东锻压机床厂有限公司 ）

摘要：分析策略是一种复杂的机械结构，在CAD和CAM集成环境下，对于复杂机械结构的分析，为机械结构有限元分析提供了一个崭新的思路。通过对机械结构有限元分析的基本特征进行分析，可以有效的提高机械结构分析的应用效率。

关键词：机械结构；CAD；CAM；复杂机械结构；应用效率

引言

计算机技术在快速的向前发展，数值分析方法得到了稳定的发展，结构分析自适应有限元模型的研究，也得到了非常瞩目的成果。ADINA是最通用的有限元分析程序，HAJIF是最通用的航空结构动力分析程序，通过对机床整体进行静态和动态的性能分析，可以对预测系统进行全面的巩固。结构分析是机械CAD的重要组成部分，分析的结果就是为了更好地对系统进行指导和分析，取得最佳的解决设计方案。为了将设计制造分析统一为一个整体，必须要对分析模型进行内容的丰富，首先要准确的控制数据，将每一个数据的精准度控制在一定范围之内，保证每一个数据都是精准可靠的。在对模型进行分析时，一定要将抽象层次应和设计与制造模型，统一在同一水平之上，对于新的系统要加大力度研发。

1.机械结构自适应分析的误差控制

1.1网格修改准则

在自适应有限元分析模型中，人们对于估计气的重视程度越来越高，为了更好的对有限元网络进行分析，必须要根据分析的结果对误差进行初步的估计。网络修改准则主要分为三个构造，分别是局部模态插入法、应变能密度梯度的大小修改网络、构造视后误差估计器。对于误差估计器的研究最多，同时也是最深刻的，每个单元之间都会出现相应的误差。通过误差我们可以修改网络的具体节点，引入相同单元的误差指示器，对于不同的节点都要做好修改。通过空间投影的思想，可以提示出新的误差估计器，同时可以对收敛速度有一个较为明显的提高。

1.2提高重分析的效率

当一个跌宕起伏的过程中，会出现许多重分析的次数，对于这些次数的研究是非常重要的，可以有效的去提高重分析的效率。为了更好地提高误差估计精度，必须要注意研究过程中，所涉及到的一些有限元网格。在研究的过程中，需要重视有限元网络自动生成器，并且对于自适应模型的耦合问题进行重视。通过对网格的修改，可以更加灵活性的对问题进行分析，对每一次的问题网格都进行及时的修改。重分析的效率问题，在一定程度上会设计到一些复杂的机械结构，通过对这些机械结构进行分析，可以解决其中所存在的有限元单元数。

2.有限元模型研究中存在的问題

在抽象的分析模型时，在等级设置中的水平仍然较低，导致在整体制造中缺乏了重要的意义。工程实际误差表示量，与理论上的误差表示量不等，在这种误差下，会间接导致分析的结果缺乏直观性。在实际的机械结构分析中，我们可以看出其中的组成结构是非常复杂的，同时也是一种复合的结构。在现在的研究中，大多数都是对单一类的结果进行研究，对于一些复合结构的自适应模型，还缺乏一定的探索经验。在复杂的实际结果中，重分析的效率是非常有影响的，对于每一次的影响都会在数据上进行精准的记录。通过对自适应分析模型进行研究，可以有效的去推动机械结构有限元分析的发展。

3.基于特征的分析策略

3.1特征和特征描述

在表达产品信息的过程中，特征是一个集合单元，其中汇总了产品的所有特征，结合了产品的形状和语义。在形状和功能两种属性中，所有的特征都没有进行一致的分类，不同的研究学者，对于特征具有不同的定义。每一个学者对于特征的描述都是不一定的，在描述的方法和内容上存在着许多的差异。特征可以分为内凹特征、外凸特征、过渡特征、变形特征、段特征和面特征。在这些特征的设计过程中，还可以将这些特征分为动态特征和静态特征，在一定程度上都会推动着机械结构有限元分析的发展。不同的研究学者会根据特征进行分类，不同的学者所分配的特征也是不同的，根据机械结构有限元分析，可以根据精度和工艺材料的不同进行分类。在制造系统中优点最为突出的就是特征描述，对这些特征研究的比较早的就是CAM、CAPP，随着科学技术的快速发展，CAD和CAM在不断的进行融合，对于设计也非常的活跃。

3.2基于特征的自适应分析建模方法和思路

在特征建模的过程中，首先要对环境进行全面的分析，其次就是要用特征建模的方法去分析整体的模型，试分析和设计全面的融合在一起，到最优的抽象水平。在分析环境的过程中，需要对机械结构的特征进行提取和识别，有效地去建立一个完整的信息模型。表述分析时，对设计和制造进行子模型描述，将每个特征之间进行继承和相融。在对机械结构进行特征分析时，需要将所有的要求按照分析模型来进行，特征本身具有许多几何特性，需要对这些材料进行全面的分析。通过不同特征和特征组，作为子区域的界限区别，可以依靠不同只区域之间不同的格式，对网格进行整体的优化。利用特征描述的特点，提高整体的有限元建模效率，灵活的去判断机械结构的整体特点。特征映射主要分为两种，如果不进行特征的映射，产品进行设计的初期就会为了满足各种需求而产生一些集合，将这些集合进入的产品模型中，可以有效的去完善机械结构。选择产品作为基本模型时，应该对特征映射的概念进行革新，建立较为完整的特征映射数学模型，创新出不同于以往的分析模型。

3.3特征映射的实现

特征映射的全面实现，解决了基于特征的信息建模问题，在整体科学的分析环境下，对于特征网络的有限元分析更加的全面化。其中还会涉及到误差估计，通过全方位的分析和映射，可以实现特征网络的自动修改。具体的应用和特征是相互联系的，每一个产品都有独特的结构特征，在不同的应用领域中，集合元素具有不同的特征。在不同的应用过程中，一个几何元素都会出现不同的特征，每一个特征都必须进行自动的分析，针对每个特征都需要进行特征映射。直接映射和间接映射是特征映射的组成部分，直接映射指的是制造狱中的一些特征，间接映射则是指中性特征模型转换。通过对机床整体进行静态和动态的性能分析，可以对预测系统进行全面的巩固，为了将设计制造分析统一为一个整体，必须要对分析模型进行内容的丰富。基于特征的字是有分析建设模型，可以采用不同种方法对模型进行水平抽象的提高，将每个设计人员都放在适当的位置，跟每一个分析的过程都变得更加自然和完美。在不同的子系统谢谢描述过程中，每一个数据都进行不断的交换，才可以更好地去推动机械结构有限元的分析。将一每一个结构之间，都进行话题的复杂调查，可以有效的去应用分析软件，完善结构分析软件。

4.结束

综上所述，ADINA是最通用的有限元分析程序，HAJIF是最通用的航空结构动力分析程序，将每一个数据的精准度控制在一定范围之内，保证每一个数据都是精准可靠的。对于误差估计器的研究最多，同时也是最深刻的，每个单元之间都会出现相应的误差。为了更好地提高误差估计精度，必须要注意研究过程中，所涉及到的一些有限元网格，在实际的机械结构分析中，我们可以看出其中的组成结构非常复杂。以上的论述，如有不到之处，还望相关的专业人士批评指正。

参考文献：

[1] 许青海.CAD和CAM集成环境[M].有限元分析的发展，2003

[2] 余梅君.机械结构有限元分析[J].子模型描述，2006

[3] 吴云飞.ADINA通用有限元分析程序[J].特征进行提取和识别，2007

[4] 杨德华，Lorenzo Zago，李徽.新型3-CPS/RPPS机构的有限元建模及模态分析[J].机械设计与制造，2013

[5] 周旭升.有限元法在机械结构模态分析中的应用[J].机械研究与应