機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析的研究現(xiàn)狀及基于特征的分析策略

陳嘉成

（ 廣東鍛壓機(jī)床廠有限公司 ）

摘要：分析策略是一種復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在CAD和CAM集成環(huán)境下，對(duì)于復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)的分析，為機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析提供了一個(gè)嶄新的思路。通過對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析的基本特征進(jìn)行分析，可以有效的提高機(jī)械結(jié)構(gòu)分析的應(yīng)用效率。

關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)；CAD；CAM；復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)；應(yīng)用效率

引言

計(jì)算機(jī)技術(shù)在快速的向前發(fā)展，數(shù)值分析方法得到了穩(wěn)定的發(fā)展，結(jié)構(gòu)分析自適應(yīng)有限元模型的研究，也得到了非常矚目的成果。ADINA是最通用的有限元分析程序，HAJIF是最通用的航空結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析程序，通過對(duì)機(jī)床整體進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的性能分析，可以對(duì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的鞏固。結(jié)構(gòu)分析是機(jī)械CAD的重要組成部分，分析的結(jié)果就是為了更好地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行指導(dǎo)和分析，取得最佳的解決設(shè)計(jì)方案。為了將設(shè)計(jì)制造分析統(tǒng)一為一個(gè)整體，必須要對(duì)分析模型進(jìn)行內(nèi)容的豐富，首先要準(zhǔn)確的控制數(shù)據(jù)，將每一個(gè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度控制在一定范圍之內(nèi)，保證每一個(gè)數(shù)據(jù)都是精準(zhǔn)可靠的。在對(duì)模型進(jìn)行分析時(shí)，一定要將抽象層次應(yīng)和設(shè)計(jì)與制造模型，統(tǒng)一在同一水平之上，對(duì)于新的系統(tǒng)要加大力度研發(fā)。

1.機(jī)械結(jié)構(gòu)自適應(yīng)分析的誤差控制

1.1網(wǎng)格修改準(zhǔn)則

在自適應(yīng)有限元分析模型中，人們對(duì)于估計(jì)氣的重視程度越來越高，為了更好的對(duì)有限元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，必須要根據(jù)分析的結(jié)果對(duì)誤差進(jìn)行初步的估計(jì)。網(wǎng)絡(luò)修改準(zhǔn)則主要分為三個(gè)構(gòu)造，分別是局部模態(tài)插入法、應(yīng)變能密度梯度的大小修改網(wǎng)絡(luò)、構(gòu)造視后誤差估計(jì)器。對(duì)于誤差估計(jì)器的研究最多，同時(shí)也是最深刻的，每個(gè)單元之間都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的誤差。通過誤差我們可以修改網(wǎng)絡(luò)的具體節(jié)點(diǎn)，引入相同單元的誤差指示器，對(duì)于不同的節(jié)點(diǎn)都要做好修改。通過空間投影的思想，可以提示出新的誤差估計(jì)器，同時(shí)可以對(duì)收斂速度有一個(gè)較為明顯的提高。

1.2提高重分析的效率

當(dāng)一個(gè)跌宕起伏的過程中，會(huì)出現(xiàn)許多重分析的次數(shù)，對(duì)于這些次數(shù)的研究是非常重要的，可以有效的去提高重分析的效率。為了更好地提高誤差估計(jì)精度，必須要注意研究過程中，所涉及到的一些有限元網(wǎng)格。在研究的過程中，需要重視有限元網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)生成器，并且對(duì)于自適應(yīng)模型的耦合問題進(jìn)行重視。通過對(duì)網(wǎng)格的修改，可以更加靈活性的對(duì)問題進(jìn)行分析，對(duì)每一次的問題網(wǎng)格都進(jìn)行及時(shí)的修改。重分析的效率問題，在一定程度上會(huì)設(shè)計(jì)到一些復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過對(duì)這些機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以解決其中所存在的有限元單元數(shù)。

2.有限元模型研究中存在的問題

在抽象的分析模型時(shí)，在等級(jí)設(shè)置中的水平仍然較低，導(dǎo)致在整體制造中缺乏了重要的意義。工程實(shí)際誤差表示量，與理論上的誤差表示量不等，在這種誤差下，會(huì)間接導(dǎo)致分析的結(jié)果缺乏直觀性。在實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析中，我們可以看出其中的組成結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，同時(shí)也是一種復(fù)合的結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)在的研究中，大多數(shù)都是對(duì)單一類的結(jié)果進(jìn)行研究，對(duì)于一些復(fù)合結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)模型，還缺乏一定的探索經(jīng)驗(yàn)。在復(fù)雜的實(shí)際結(jié)果中，重分析的效率是非常有影響的，對(duì)于每一次的影響都會(huì)在數(shù)據(jù)上進(jìn)行精準(zhǔn)的記錄。通過對(duì)自適應(yīng)分析模型進(jìn)行研究，可以有效的去推動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析的發(fā)展。

3.基于特征的分析策略

3.1特征和特征描述

在表達(dá)產(chǎn)品信息的過程中，特征是一個(gè)集合單元，其中匯總了產(chǎn)品的所有特征，結(jié)合了產(chǎn)品的形狀和語義。在形狀和功能兩種屬性中，所有的特征都沒有進(jìn)行一致的分類，不同的研究學(xué)者，對(duì)于特征具有不同的定義。每一個(gè)學(xué)者對(duì)于特征的描述都是不一定的，在描述的方法和內(nèi)容上存在著許多的差異。特征可以分為內(nèi)凹特征、外凸特征、過渡特征、變形特征、段特征和面特征。在這些特征的設(shè)計(jì)過程中，還可以將這些特征分為動(dòng)態(tài)特征和靜態(tài)特征，在一定程度上都會(huì)推動(dòng)著機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析的發(fā)展。不同的研究學(xué)者會(huì)根據(jù)特征進(jìn)行分類，不同的學(xué)者所分配的特征也是不同的，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析，可以根據(jù)精度和工藝材料的不同進(jìn)行分類。在制造系統(tǒng)中優(yōu)點(diǎn)最為突出的就是特征描述，對(duì)這些特征研究的比較早的就是CAM、CAPP，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，CAD和CAM在不斷的進(jìn)行融合，對(duì)于設(shè)計(jì)也非常的活躍。

3.2基于特征的自適應(yīng)分析建模方法和思路

在特征建模的過程中，首先要對(duì)環(huán)境進(jìn)行全面的分析，其次就是要用特征建模的方法去分析整體的模型，試分析和設(shè)計(jì)全面的融合在一起，到最優(yōu)的抽象水平。在分析環(huán)境的過程中，需要對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的特征進(jìn)行提取和識(shí)別，有效地去建立一個(gè)完整的信息模型。表述分析時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)和制造進(jìn)行子模型描述，將每個(gè)特征之間進(jìn)行繼承和相融。在對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行特征分析時(shí)，需要將所有的要求按照分析模型來進(jìn)行，特征本身具有許多幾何特性，需要對(duì)這些材料進(jìn)行全面的分析。通過不同特征和特征組，作為子區(qū)域的界限區(qū)別，可以依靠不同只區(qū)域之間不同的格式，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行整體的優(yōu)化。利用特征描述的特點(diǎn)，提高整體的有限元建模效率，靈活的去判斷機(jī)械結(jié)構(gòu)的整體特點(diǎn)。特征映射主要分為兩種，如果不進(jìn)行特征的映射，產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)的初期就會(huì)為了滿足各種需求而產(chǎn)生一些集合，將這些集合進(jìn)入的產(chǎn)品模型中，可以有效的去完善機(jī)械結(jié)構(gòu)。選擇產(chǎn)品作為基本模型時(shí)，應(yīng)該對(duì)特征映射的概念進(jìn)行革新，建立較為完整的特征映射數(shù)學(xué)模型，創(chuàng)新出不同于以往的分析模型。

3.3特征映射的實(shí)現(xiàn)

特征映射的全面實(shí)現(xiàn)，解決了基于特征的信息建模問題，在整體科學(xué)的分析環(huán)境下，對(duì)于特征網(wǎng)絡(luò)的有限元分析更加的全面化。其中還會(huì)涉及到誤差估計(jì)，通過全方位的分析和映射，可以實(shí)現(xiàn)特征網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)修改。具體的應(yīng)用和特征是相互聯(lián)系的，每一個(gè)產(chǎn)品都有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，集合元素具有不同的特征。在不同的應(yīng)用過程中，一個(gè)幾何元素都會(huì)出現(xiàn)不同的特征，每一個(gè)特征都必須進(jìn)行自動(dòng)的分析，針對(duì)每個(gè)特征都需要進(jìn)行特征映射。直接映射和間接映射是特征映射的組成部分，直接映射指的是制造獄中的一些特征，間接映射則是指中性特征模型轉(zhuǎn)換。通過對(duì)機(jī)床整體進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的性能分析，可以對(duì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行全面的鞏固，為了將設(shè)計(jì)制造分析統(tǒng)一為一個(gè)整體，必須要對(duì)分析模型進(jìn)行內(nèi)容的豐富?；谔卣鞯淖质怯蟹治鼋ㄔO(shè)模型，可以采用不同種方法對(duì)模型進(jìn)行水平抽象的提高，將每個(gè)設(shè)計(jì)人員都放在適當(dāng)?shù)奈恢?，跟每一個(gè)分析的過程都變得更加自然和完美。在不同的子系統(tǒng)謝謝描述過程中，每一個(gè)數(shù)據(jù)都進(jìn)行不斷的交換，才可以更好地去推動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元的分析。將一每一個(gè)結(jié)構(gòu)之間，都進(jìn)行話題的復(fù)雜調(diào)查，可以有效的去應(yīng)用分析軟件，完善結(jié)構(gòu)分析軟件。

4.結(jié)束

綜上所述，ADINA是最通用的有限元分析程序，HAJIF是最通用的航空結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析程序，將每一個(gè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度控制在一定范圍之內(nèi)，保證每一個(gè)數(shù)據(jù)都是精準(zhǔn)可靠的。對(duì)于誤差估計(jì)器的研究最多，同時(shí)也是最深刻的，每個(gè)單元之間都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的誤差。為了更好地提高誤差估計(jì)精度，必須要注意研究過程中，所涉及到的一些有限元網(wǎng)格，在實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)分析中，我們可以看出其中的組成結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。以上的論述，如有不到之處，還望相關(guān)的專業(yè)人士批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)：

[1] 許青海.CAD和CAM集成環(huán)境[M].有限元分析的發(fā)展，2003

[2] 余梅君.機(jī)械結(jié)構(gòu)有限元分析[J].子模型描述，2006

[3] 吳云飛.ADINA通用有限元分析程序[J].特征進(jìn)行提取和識(shí)別，2007

[4] 楊德華，Lorenzo Zago，李徽.新型3-CPS/RPPS機(jī)構(gòu)的有限元建模及模態(tài)分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2013

[5] 周旭升.有限元法在機(jī)械結(jié)構(gòu)模態(tài)分析中的應(yīng)用[J].機(jī)械研究與應(yīng)