試析有限元法在機械設計中起到的重大作用

　　近些年來，有限元法成為了備受業界爭議的話題，有限元法作為一種有效的方法已被廣泛的應用到了機械設計領域，最初在求解結構的平面問題中有所應用。而伴隨時代的發展，已經由二維問題提升到三維問題和板殼問題，并且從單一的物理場求解擴展到動力學問題和穩定性問題等。有限元法已經從最初只能解決個別問題提升到能夠解決各個方面甚至各個領域的問題，發展前景廣闊，為推動科技進步、社會發展以及機械設計的現代化進程做出了貢獻。

　　關鍵詞：有限元法,機械設計,機械制造

　　1有限元法的概念及發展

　　有限元法是在20世紀誕生的。有限元法的概念就是通過應用比較簡單的問題來代替比較復雜的問題之后再進行求解，將求解域看作是由很多比較小的有限元連接而成的并且具有一定聯系的互連子域組成的，用一個比較合適的近似解來進行推算和演繹，得出總域的滿足條件。但最后得出的結果不是準確解，而是近似值。因為很多實際問題都不能通過一定的解決方法得出非常準確的結果，有限元法相對能夠準確計算問題的解，并且對各種各樣復雜的情況都能夠適應，因此，有效元法在工程分析手段中是一個比較有效的方法[2]。

　　隨著計算機技術和計算方法的發展，有限元法已經在計算力學和計算工程領域中廣發應用，解決了許多工程分析的難題，在給出的定邊界條件下解決控制方程的問題。比如，最常見的固體力學中位移場和應力場問題的分析、電磁學中的電磁場分析以及流體力學的流暢分析都能夠應用有限元法進行解決。有限元法在機械設計中做出了一定的貢獻，對機械企業的發展有很大的促進作用，能夠更好地促進社會的發展，推動我國經濟的可持續發展。

　　2有限元法在機械設計中的應用

　　2.1模型簡化和單元格劃分。模型簡化是在一定程度和范圍內對不會給模型整體造成非常大變化的部分進行去除。例如，機械設備中的圓角或者倒角都可以用這種方法進行去除。而進行模型簡化的根本目的就是防止這些因素對機械單元格的整體質量造成不良的影響，特別是在運算比較大的情況下這些影響因素會使分析結果比較難收斂。模型簡化在計算過程中是有一定意義的，還能夠提高計算的效率，使計算過程更加簡潔，同時對計算結果的準確性也沒有很大的影響。例如在對橡膠襯套的徑向裁剪的過程中，對其固定和形變進行分析，增加徑向不帶孔的方向適當地增加力度，并且保持加載速度。而單元格劃分就是對整個機械模型進行離散處理，這樣做的好處是能夠幫助技術人員將模擬研究的規律從離散的數據中找出，并且依據不同機械模型需求來創建有限集合，從而確定設計結束后的采取和邊界條件的確定[3]。

　　2.2機械幾何屬性。設計人員應該對制造出的產品的幾何屬性進行分析，而幾何屬性也是創建相應的模型的依據。設計人員在制作模型之前應該對產品的幾何屬性進行定性分析。例如，機械中某些零件里的變化和熱屬性的研究。但不同的機械模型對創建條件也是不同的，因此設計人員應該根據實際情況，在最大限度內制造出最適宜的機械模型。已經制造出的機械模型應該創建才來參數，必要的情況可以借助電腦的擬合確定相對應的參數。

　　2.3接觸條件和載荷情況。機械模型中各個部分所構成的接觸情況是對接觸條件進行定義的依據。例如，在橡膠襯套的研究過程中，橡膠會因為受到力的壓迫之后產生形變，這就是橡膠之間的接觸。但是在壓迫中，外襯套和內襯套作為一種剛體不會很容易地出現形變。模型材料和受力情況基本確定是接觸條件進行定義的前提條件，并且隨著邊界條件和載荷條件的確立，有限元法的定義收斂發也應該進行確定。并且在已經完成定義的載荷情況，設計人員應該更加地嚴謹，將其帶入作業中更仔細地處理也是不可缺少的一個步驟。同時，也應該利用現代的電腦技術定義單元類型。

　　3結束語

　　有限元法是一種比較高效率、準確度比較高的并且已經被機械設計領域廣泛應用的計算方法，為一些比較難解決的問題提供了良好的解決途徑，為機器實現高效、高速、高溫、低耗和低成本的現代化發展提供了可借鑒的經驗和前提條件，并且還能夠提高機器的壽命和安全程度。在一定程度上推進了我國機械制造業的改頭換面，推動了我國成為制造強國的進程。

　　參考文獻：

　　[1]潘偉，安鵬，車軍平.機械設計制造及其自動化的設計原則及發展趨勢[J].南方農機，2017，48(1):100+108.

　　[2]鞠紅香.機械設計制造及其自動化發展方向分析[J].裝備制造技術，2015(5):261-262+272.

　　[3]王廣林，潘旭東，李躍峰.一次性機械設計理念及實踐[J].機械工程學報，2014，50(1):152-156.

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