有限元法在机械设计中的应用

有限元法在机械设计中的应用

黄冬冬

洛阳天宝环保科技有限公司 , 河南洛阳 ,471000

摘要：随着计算机水平的不断提高，计算机技术被广泛应用，有限元法在这个过程中也得到了快速的发展。有限元软件在功能上也在不断的完善。在产品的设计与研制过程中，有限元法的优越性越来越突出，目前已经成为机械设计中最关键的工具之一。

关键词：有限元法；机械设计；应用

一、有限元法在机械设计中的应用步骤

有限元法应用需要遵循一定的步骤，这个步骤是我们使用有限元法的一个有效的重要支撑。如果我们不能够对这个步骤进行严格的遵守，那么我们的有限元法在进行使用的过程中就有可能会遇到一些意料之外的不良状况。实际上，有限元法精髓就在于它对于复杂问题的分解。通过有条理性的问题分解，我们才可以将复杂的建模过程简化，应用较少的人力物力资源而设计出高质量的机械设备。有限元法的步骤大致上可以分为这样的三部分：模型简化和单元格划分、荷载分析、建立模型并并行整改。下文当中，我们将对这三个部分进行简单的介绍。

1.1　模型简化和单元格划分

首先，有限元法在机械设计当中的第一个步骤，就是模型的简化和单元格的划分。我们所有的机械设计都是有着一定的背景的，有了这个环境的需求，我们才可以着手进行机械设计。我们进行有限元法的应用时，最首先的一个步骤，就是要对这个应用的背景进行简化，建立一个简化的模型。这个模型必须要包括这个应用的绝大多数关键信息，而且容易计算。然后，我们就可以进行模型的单元格划分了。这个步骤，就是我们有限元法的精髓所在。有限元法之所以在当今时代实际意义很大，就是因为它可以把复杂的场景简单化，把难的计算单元格化。一旦单元格化步骤完成，那么我们在进行下一步的计算以及后来的建模就会事半功倍。

1.2　计算荷载情况

在进行完模型的简化和问题的单元格化划分之后，我们就将正式的开始机械设计当中的计算步骤了。这个步骤也是至关重要的，如果我们做不好这一步，那么我们前面的功夫都就白费了。目前，我们需要利用到有限元法而进行的机械设计往往是那种规模较大，承载力较强的机械。一旦我们在计算荷载这一步出现了失误，那么我们设计好的图纸就有可能没有什么实际应用的价值。这种图纸一旦制造出成品的机械，有可能面临着极大的风险，可能会导致大规模的次品出现，甚至有可能造成人员的伤亡。在现阶段，我们进行计算时所采用的主要方法，就是智能化的方法。智能化的方法可以采用计算机辅助的手段，来帮助我们进行机械设计当中的复杂计算。这样一来，我们的计算过程就变得十分的有效率，计算的精度和准确率也会大大的升高。通过这种手段的应用，我们就可以更好地发挥出有限元法在机械设计的优点，使得这种方法更好的为我们进行服务。我们在进行计算的过程当中，可以充分的利用上一个步骤所用到的各种数据和划分好的单元格，从而简化我们实际计算的步骤，减小智能化系统的压力，并更快的得到一个合理的设计成果。

1.3　建立模型并进行整改

在我们进行有限元法的应用过程当中，最后的一步就是建立一个设计模型了。这一步，是我们进行机械设计过程当中收尾的一步，这一步工作完成的顺利与否，将会决定我们前面一切工作的价值。在实际的生产过程当中，这个步骤往往要花费较长的时间，以保证这个过程的准确无误。我们在进行具体的模型建立过程当中，一定要谨慎的进行工作，避免出现人为原因而造成的失误。并且，为了防止一些细节性的失误，我们还将增加一个实验检核的过程。具体来讲，在建立好一个大致的模型之后，我们要积极的对这个模型进行试验，检测他在实际应用过程中的状况。一旦发现问题，就需要对这个模型进行整改，直到这个模型合理为止。进行过多次测试没有发现问题后，我们才可以真正的将这个模型投入到实际的生产过程当中。这样一来，有限元法的应用才算是成功的，我们才可以得到一个准确无误的设计图纸，下一步的机械制造工作也就有了坚实的设计基础。

二、有限元法在机械设计中的应用的优势

2.1　更加具有效率

由上文的讨论中我们可以了解到，有限元法广泛的结合了了智能化技术和理念。这种技术的产生和应用极大的提高了机械设计的效率，这也是现代机械设计方法与传统方法相比的一个巨大优势。在传统设计方法当中，设计师们需要花费大量的时间进行考察，来确定机械的尺寸和主要功能。在进行设计时，他们主要是通过绘制设计图的方法进行的。这种方法往往需要耗费大量的时间，并且工程师们在着手进行机械的制造时，也需要耗费一定的时间精力来研究他们的设计图。这一来二去，就会浪费大量人力物力财力。更重要的是，制造好的机械可能会因为使用环境的不断变化而不再适用。这样一来，机械设计的意义就不是很大了。而我们如果采用有限元法进行机械设计，将各种情况和基础数据输入到计算机当中，再由计算机作出智能化的设计，整个过程就会变得简单许多。并且，针对于现在机械设计环境的复杂性，如果采用常规的方法进行机械设计，我们可能将难以得到一个准确的设计结果。而如果能够利用有限元法来进行机械设计，我们将会更容易的得到一个合理的设计方案。也就是说有限元法相比于传统方法，有着更具有效率的优势，这也是它为什么更受欢迎的一个重要原因。

2.2　更加符合用户的需求

现代的一切产业都在努力的想要通过改善用户体验来获得更多的关注和利益。机械设计也是如此。现代的机械设计会着重的对用户的需求做出调查，研究他们使用机械的习惯，确定他们所需要的主要功能，从而精确化的做出一个能够符合用户需求的设计方案。实现这一点的主要媒介是智能化的技术。而我们的有限元法，实际上就是智能化技术的一个体现。我们只需要讲有关用户需求的数据输入到计算机当中，计算机就会对整个方案进行智能化的分析计算，从而得出一个符合要求的设计方案。有限元法的这个优势使得它相对于传统机械设计方案有更广泛的客户群体，毕竟人人都希望拥有一款属于自己的独特产品。有限元法也因此而的到了更多人的关注和支持。

2.3　更加容易得到进步

评价一个产业的发展前景，进步空间是一个重要的判断因素。而现代机械设计技术从目前来看是极具发展潜力的。与传统设计产业不同，现代机械设计讲究智能化、精确化、动态化。这几个理念都是与时俱进的，符合当今社会发展需求的。每当出现一种新的技术或者设计理念，现代机械设计方法往往会得到更为及时的更新。计算机技术的应用为有限元法的发展做好了进步的铺垫，每当新理念出现，我们就可以运用计算机技术进行大量的数据模拟，当确定好应用方法后，我们就可以直接将新的理念植入到有限元法的应用过程当中，这样当我们下次在进行机械设计时，就可以将这种新理念应用过来，取得创新型的成果。有限元法设计的这个优点使得业内专家们都对这个行业的前景十分有信心。只要不出现什么重大问题，有限元法的这个优势还将一直保持下去。

三、总结

　　随着时代的发展以及科技水平的进步，有限元法在机械设计的过程中被广泛的应用，并取得了很好的效果，不管是机械的工作效率，还是机械的生产质量，都有很大程度的提高，为我国社会的发展以及科技的进步提供了很好的保障。

参考文献：

[1]曹文娟.有限元法及模拟软件DEFORM在机械方面中的应用[J].科技致富向导,2014(29):212-213.

[2]李芬玲.有限元法及其在现代机械工程中的应用[J].四川水泥,2016(05):114.

[3]仲丛华.有限元法在机械设计中的应用[J].科学中国人,2015(24):58.