關于有限元在機械設計中的應用

苗乃彪

摘? 要：在機械設計當中，具體應用有限元法之時，其應用過程可以大致劃分為四個階段。分別是簡化階段、劃分階段、定義階段以及運行階段，而其中在定義階段又具體涉及到了許多方面的定義，包括幾何特征，相應的材料等等多個方面。另外最后的運行階段更多的則是指數(shù)據(jù)輸入之后得出結(jié)果的階段。有關于運行階段的部分，所以該文中在介紹有限元法在機械設計中的應用之時，則主要是對其簡化階段，劃分階段以及部分方面的定義進行了分析。

關鍵詞：有限元;機械設計;應用

有限元法改變結(jié)構(gòu)單一的強度計算開始拓展至各個技術領域，其所具有的高效性、可靠的數(shù)值分析技術在機械工程當中凸顯出優(yōu)勢。在市場競爭和生產(chǎn)實踐中，有限元法分析越來越普遍。本文將對有限元法的技術手段和特征進行探討，進而試歸納出有限元法在現(xiàn)代機械工程當中所具有的優(yōu)勢和應用領域，幫助更廣大的機械工程企業(yè)了解有限元法。

一.有限元法概述

1.有限元法應用發(fā)展分析

在未來，有限元法將具有十分廣闊的發(fā)展前景。而在其具體的應用當中，首先毫無疑問的一點是，相應軟件的運行在將來必將會得到進一步的開發(fā)，并且其效率也會得到進一步的提升，相應的計算工作得到突破性的優(yōu)化，使其整體的應用效率得以提升。其次其未來發(fā)展也將更加的趨向于綜合性的發(fā)展，更多的與新興的技術相互融合，更為智能，更能夠貼合現(xiàn)實的應用狀況，得出更為準確的結(jié)果。最后未來有限元法的應用領域必將會得到進一步的擴展，不單單的局限于其目前所涉及到的應用領域之內(nèi)，其具體的覆蓋性與跨度都將會得到進一步的拓展。

2.有限元法概念說明

首先單就有限元法這一單純的概念來說，其發(fā)展的時間相較于其他概念而言還十分短暫，尚且不足100年，但是其發(fā)展態(tài)勢卻極為迅猛，目前已經(jīng)涉及了多個學科領域，并且都取得了不錯的應用效果。而這一概念也并非是憑空出現(xiàn)的，它的出現(xiàn)是建立在剛架位移法的基礎上的，在保留了這一方法的基本思路的同時，又對其加以拓展，于是便形成了所謂的有限元法。而這一方法，排除過于枯燥的部分，我們也可以將之簡單地理解為，這種方法便是對一個連續(xù)體進行不斷的劃分，我們將之所劃分出的具體部位稱之單元，而這多以三角形或是矩形為主，并且其具體的劃分次數(shù)與最后的結(jié)果緊密相關，劃分的越多，相應的結(jié)果也就更為精確。

3.有限元法優(yōu)勢分析

有限元法具有諸多應用優(yōu)勢，首先其具體的應用領域限制較少，而這則主要是指其應用范圍廣泛，具有跨領域性，不單單是在機械設計當中，在一些其他領域內(nèi)，比如說生物或者是物理領域等都有較為廣泛的應用。其次有限元法還具有可實現(xiàn)的應用價值。有限元法的原理雖然看似較為簡單，具有一定的可行性，但是其中卻蘊含著大量的數(shù)據(jù)的計算，這不是能夠依靠人力便可完成的。但卻也由于計算機技術的發(fā)展，正解決了這一問題，計算機代替了手工的計算，能夠支撐起該方法中所涉及到的龐大的計算量，所以也就使得有限元法的這一缺陷得以被彌補，使其能夠真正的出現(xiàn)在現(xiàn)實的各個領域當中，所以才稱其具有可實現(xiàn)的應用價值，這也是其所具有的，能夠真正促進其迅猛發(fā)展的不可忽視的優(yōu)勢之一。

二.有限元法在機械設計中的應用研究

1.接觸及載荷定義

通過前文對于幾何以及材料特性定義的描述，相信大家已經(jīng)能夠理解所謂的定義，簡單理解其實也就是對模型的某個部位或是某個方面賦予相應的數(shù)值，以體現(xiàn)某些性質(zhì)，而所謂的接觸定義以及載荷定義，其實也無非就是對其相應的接觸情況和載荷情況來進行相應的賦值，使其具有相應性質(zhì)，以模擬現(xiàn)實狀況。而其具體的定義條線，則需要以具體的接觸情況為依據(jù)來進行確定，另外前文中所提及到材料性質(zhì)的定義就是進行接觸定義當中不可或缺的一個前提條件。也只有充分的了解了各個方面的具體情況，與現(xiàn)實情況進行對比模擬，充分地考慮到其具體的應用狀況之后，才能真正的做好接觸以及載荷方面的定義。

2.幾何及材料特性定義

幾何以及材料特征是兩個不同的定義類型，首先就幾何特征來說，這則主要是要依據(jù)具體的數(shù)據(jù)要求來對相應的模型輸入相應數(shù)據(jù)，以使其擁有某種類型的幾何特征。而在具體的進行輸入之時也同樣不可盲目輸入，對于不同的模型來說都有著不同的輸入要求，必須要求設計者仔細地對其進行辨別，進而有針對性地進行輸入。其次所謂材料特性的定義則主要是指對于整體模型當中的各個構(gòu)成部分來賦予相應的材料參數(shù)。而在這里值得一提的是，并非所有的定義方式都是相同的，尤其是對于那些非線性變比的材料來說，則必須要考慮到其所發(fā)生的各類變化情況，做好擬合計算，之后才可進行定義。

3.模型劃分

在進行模型劃分之時，其中所涉及到的具體要點較少，主要只有兩點，一是必須要依據(jù)具體的模型狀況，根據(jù)其具體的形態(tài)來進行合理劃分，一切以現(xiàn)實模型為主。其二則是在劃分之時要注意其劃分的次數(shù)情況，要盡可能的進行細致的劃分，因為在有限元法的應用當中，其最終劃分的單元的數(shù)目與其細致程度是與最后的結(jié)果有著十分密切的關系的。簡單來說劃分的越細，結(jié)果越精確，所以這一點也是在劃分之時要注意的。

三.結(jié)束語

有限元法的應用領域極多，在現(xiàn)代機械工程中，作用尤為突出。通過嚴謹科學的方法對于可能出現(xiàn)或者已經(jīng)出現(xiàn)的工程質(zhì)量問題進行分析，從根本上解決了工程在施工階段所有影響產(chǎn)能影響質(zhì)量的問題。在機械設計當中，有限元法的應用為其帶來了極大的便利性，有效地降低了成本，提高了設計質(zhì)量。但不可否認的是，目前此方面的應用還不夠完善，但相信這只是暫時的情況，在未來，有限元法必將會得到進一步的完善，也必能促進機械設計方面的發(fā)展。

參考文獻：

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