冶金机械设计中有限元分析技术的应用

冶金机械设计中有限元分析技术的应用

王贤顺

上海200000

摘要:在计算机网络技术的发展下，有限元分析技术被广泛的应用到冶金机械设计当中，对冶金机械设计起到了关键性的作用。文章研究分析了冶金机械设计中有限元分析技术的应用，以供参考。

关键词：有限元分析技术;冶金;机械设计

1前言

在当前的国际竞争和市场环境竞争中，通过使用先进的科学技术来提升生产效率和产品质量，成为主要的竞争手段。其中，生产技术的研发和生产工具的设计，是各个领域的生产单位扩大技术优势的主要途径。冶金机械是冶炼工业发展过程中，通过合理的冶炼工序的设计，实现有色金属的萃取和冶炼的重要工具，冶炼机械设计水平的高低会直接影响冶炼技术的可行性和实施效果。传统的冶金机械设计中，具体零件和机械的设计涉及到多方面数值的影响而容易产生设计的偏差，同时这些偏差是在传统的机械设计过程中不可避免的，无法的到精确的计算和解决。有限元分析可以把每一个小单元的复杂问题简单化，并通过对小单元问题的求解推导出整个求解域总的满足条件，从而使设计中的计算更加精确，提高机械设计的效率和水平。

2有限元法技术概述

有效元法技术是计算机辅助技术的一种，在很多机械产品生产领域中都有广泛应用，能够进行精准且高效的计算、设计、分析等，化解了众多较复杂的设计与分析问题，为机械工程实际施工操作带来了一定程度的便利，也极大提升了机械工程施工效率，提高了施工生产的产品质量。尤其是随着社会经济的发展，在这种竞争十分激烈的社会市场环境下，企业若要获得成功，就必须进一步提升自身设备工艺技术水准，要在充分发挥高科技技术优势的前提下，实现自身产品质量增强的目的。有限元法是指求解相关方程式的一种方法，能够对电磁、流体、产品结构设计、声学等多个方面进行计算与分析，有效元法理念的优点是能将各个单独的单元格式连接在一起进行运算，能结合多种影响情况来统一宏观地规划与调控，极大地避免了某些因素的错漏。在非线性问题上，有限元法也体现出了卓越的优势性，有限元法的解法步骤相比于其他方式要更加系统化、完整化，能够拥有一定条理，在这种条理十分清楚的运算指导下，能够有效开发更加灵活通用的计算机程序，有着广阔的发展和应用前景。

3有限元分析的价值

在整个的设计流程中，有限元分析都被运用到了设计流程的整个过程中。首先，要进行设计概念的粗略评估，而这个评估时间是在概念阶段进行的，在之后的设计阶段对数学样机概念进行引入。简单的说，就是在进行实物测试时，可以运用计算机技术将传统的工作在计算机上进行完成，在之后的测试与生产过程中，你可以做好明显的准备。有限元分析在企业核心竞争力表现的体现主要起到以下几个方面：第一，有限元分析在企业的竞争过程中，帮助企业大大的缩短了产品的研制周期，在建模和分析过程中采用的计算机实体造型在确定了合理结构参数所需时间的同时，大大的减小了时间的长度，使模型和参数的修改都很方便。第二，降低了开发费用。利用有限元进行分析能够大量的节省费用。第三，有限元分析还有利于运用优化的手段对开发出更加优越的产品。

4有限元法技术发展现状

在传统机械工程产品设计与生产中，大多都是依靠工程师的经验进行有关产品结构与元件构造的具体设计，根据设计图稿进行样机制作，再检测样机能否正常运行。若运行状况不佳，则重新设计与制作，以此循环直到设计出的产品能够顺利投入使用。这类机械生产方式会造成一定程度上的人力、物力资源浪费，会给企业实际经济发展造成一定影响，给企业经济收益带来很大损失。而有限元法技术在相关机械产品设计制作与生产中，能够简化步骤，极大提升产品制作的实际效益，避免了很多重复工序，在设计的基础上进行模拟实验，然后根据模拟实验结果确定是否能投入实际产品生产中，运用这种方式生产的产品质量都能有保证，这种利用虚拟样机来替代传统检测样机生产的步骤给机械工程整个操作流程都带来了一定的便利性。这种有限元分析技术也已成为衡量企业技术水平的标准，成为了企业在激烈竞争中制胜的重要工具，未来有限元分析技术技术也将有更广阔的发展前景，有限元法的计算模式及这种思想也将继续得到拓展与深入，将应用于更广的范围中。

5有限元分析在冶金机械设计中的应用

5.1模型简化处理

有限元分析技术是在计算机的模型分析基础上建立的，如果计算机模型处理的好，有限元分析技术应用的效果就非常好。冶金机械设计的模型结构非常的复杂，需要从动、静两个方面进行分析。想要将一个模型进行简化处理，首先要判断这个问题的性质，是属于线性结构还是非线性结构，是动力学问题还是静力学问题，分析出来后，再根据不同的方法进行正确的处理，进而得出相应的结果。

5.2结构解体的规模变小

利用结构的对称性（或反对称性）、周期性等特点可以将解题规模成倍缩小。在冶金机械设计中，机械的零部件的设计是保障设计科学性的重要内容，如发电机转子、空气压缩机叶轮等。如果对这些零部件进行整体的分析，就需要较大的工作量，但是如果利用这些结构上的特点，则只要对其中的一个周期来分析，计算工作量就减为原来的1/n（n为周期数）。同时，对于大型问题特别是带有多个相同部件的大型结构，目前广泛采用多重静力子结构和动力子结构的求解技术，这样可以将计算费用大大降低。另一种求解大型问题的技术是逐步“钻心术”,即一开始先对整个结构用粗网格模型作粗分析，然后再进行局部细分割作细分析，用粗分析的结果作为它的边界条件。如果不满意，则对此局部模型中的某个构件，再局部分离出来再细分，将上次分析的结果作为它的边界条件来求解，这样一步一步越来越细化，就可以得到所希望部位的满意结果。鉴于每次细分的只是局部的一个区域，所以计算量都不算太大。

5.3降低设计成本

在以往的冶金机械设计中，通常是根据以往的设计经验和资料，进行新的设计产品的研发，这种研发方法很难从现有的机械设计中摆脱出来，使得设计产品的性能和效率没有得到明显的提高，同时耗费了大量的研发成本，分析方法的落后是导致研发水平低下的主要原因。有限元分析技术不仅可以大大提高设计过程中的计算量和求解结果的准确性，同时，由于计算机的使用，可以有效提高计算效率，减少设计过程中大量计算造成的人力物力的消耗，减少了试件的制作，降低了成本。随着有限元技术的越来越成熟,在当前的冶金机械设计中，有限元分析技术越来越受到设计人员的青睐。此外，现代企业和国家之间的竞争主要是科技和人才的竞争，有限元分析技术在冶金机械设计中的应用，可以有效提高我国冶金工业发展过程中的机械设计水平，促进我国工业生产能力和国际市场竞争能力的提高。

6有限元分析技术的发展趋势

6.1与软件的无缝集成

对于现在的有限元分析软件来说，软件的分析一般都采用的与CAD进行结合的方式使用，也就是说，部件和零件根据CAD的软件进行了改造造型之后，还可以将原有的设计模型输送到相关的软件中来，并通过一定的网络格式进行下一步的分析和计算。因此，想要有效的对设计的水平和设计的效果进行提高，就需要对所分析过的结果进行再分析，直到达到最终的满意为止。想要对现实中所存在的问题进行了解及分析，就需要对有限元软件进行不断的开发。其中，CAD能够与有限元分析技术达到无缝的双向数据交换。

6.2设置全新的网格处理技术

在有限元分析技术处理问题的过程中，很容易出现问题。处理的内容主要有离散化的分析对象、有限元的简单求解和分析结果。一般情况下，离散化的分析数据与网格质量息息相关。在分析数据中，大多数的软件设计无法满足要求，只有很少的一部分满足。因此，提升网格处理能力，最好的方式就是对网格进行重新自动化分割，然后重新组合。

6.3将程序进行大范围的开放

科学技术的提升，很多企业都在进行市场扩张，紧跟市场的趋势，满足用户提出的要求，增加对软件功能的研究，进而增加企业的经济效益。当研发的新软件应用到实际操作中，很难满足所有用户的需求，这也就是

说，需要对软件进行进一步的扩充。

6.4将求解问题的难度加大

社会进步的脚步加快，当下的线性理论求解很难满足工业生产的需求，应用线性理论后，出现很多材料的浪费、资源的破坏，很多问题无法解决。利用线性理论进行解决的问题相对较简单，为了解决某些复杂的问题，需要依靠非线性理论。由于非线性理论相对比较难，应用起来相对有些难度，求解的过程也相对比较复杂，因此，需要利用某些特殊的方式求解非线性问题。

结束语

在对有限元技术进行了解后，我们得知此项技术是基于计算机信息处理技术，作为一种计算机信息辅助技术加以使用的，充分利用了计算机技术的智能化与信息处理的快捷化，能够极大提高实际工作运行效率，快速增强结构设计水平，在保证产品质量的基础上，缩短人工、机器等耗损的时间，从而提高机械工程给企业创造的经济效益，提升企业综合实力。尤其是在企业产品工程设计与研制中，有限元技术显示出无可比拟的优越性，是机械工程中的重要设备仪器，也是进行基础产品施工生产的必备技能，其在现代机械工程中的具体应用主要有:对相关结构，如静力学的分析、模态分析、动态力学分析等，能将具体分析细节精确至具体数字表示，从而提高实际机械制作产品的质量性能，使产品各个元件都能完美吻合，充分发挥计算机辅助技术的优势。今后，我们还将继续深入探究有关有限元法的相关使用方法和结构设计，用以提高其科学含量，促进机械产品生产，推进我国企业进一步发展。

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作者简介：姓名：王贤顺，身份证号：41132519840101xxxx