根据机械实际工作分析有限元软件的作用

【摘 要】目前，在计算工程科学领域里有限元分析软件是特别有成效的现代化计算方式，文章主要讨论了有限元分析在基础上对机械构造实行的优化方式，并论述了根据部分软件检验其效率的过程。

【关键词】有限元；分析软件；机械

由于现代社会对计算机技术普遍使用，有限元分析工程设计与分析也随着得到了重视，最早将有限元分析方法运用起来是在求解线性结构问题上，对结构场和流场的有限元分析结果实交叉迭代求解，在CAE软件上藕合场将是其以后的进展方向。机械开发商即使消耗大量的资金在软件功能上，还是不能更好的满足顾客的需求，为此机械开发商必须清楚了解了顾客的实质状况才能针对性的对软件运用创新的有限元计算方式。既能精确的解决复杂的本构行为，又能更好的适用于材料在快加载速度下的断裂问题。增强机械加工数据处理功能，研究开发求解非固体力学和交叉学科的FEA程序，为可视化图形技术开发提供了强有力的工具。有限元方法形态相当丰富，新产品设计与产品开发的需求越来越严格，有限元分析技术正逐步的大量用于机械软件中。ANSYS是最为通用和有效的商用有限元软件之一，利用虚拟成形试样产品等功能而通过机械动态优化设计，使产品能快速响应市场.并在最短的时间内以较高性能价格比的产品占领市场，是当今企业得以生存和发展的关键环节。

1 结构优化设计与有限元法

有限元法其实就是将整体的系统进行分解，分别对每个环节进行相似的解答，应用有限元方法将工作运行中的桨叶按正规方式进行组装，就产生原有系统的分析，经过网格的划分与分析等计算步骤得出类似的系统，这就形成了相应的数值模型。优化问题是通过优化模型的建立，运用各种优化方法，通过迭代计算，得到最优设计方案。目标函数以最小化的函数，依据尺寸、制造费用等性能准则，设计变量通常包括几何尺寸、材质、载荷位置、约束位置等，根据设计变量的准则来判断设计的模型响应参数项通常包括内力、位移等，机械结构常采用51MO采集方式进行模态分析。信号采集不可避免地含有噪声信号。在信号采集过程。

2有限元分析法在机械制造中的具体应用

2.1在机械结构系统中的应用

有限元分析法计算机械结构系统受到外力负载结果，判断是否符合设计要求。由于机械结构系统的几何结构相当复杂，负载也相当多，依据理论分析往往无法进行。有限元软件多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置，计算功能支持分布式并行适合于大型机械制造与加工环节的计算。机械加工中处理中建模的顺序也就应该是与命令菜单编排相同的顺序，建立模型划分网格，将不同类型的单元混合使用。在通用后处理器中生成动画，计算结果的变形动画，通过简单的菜单完成，输人参数，然后通过关键点生成梁实体模型。本实验利用了ANSYS软件对矩形截面梁结构进行静力有限元分析。熟悉了有限元的建模、求解及结果分析的步骤和方法；同时加深了有限元理论关于网格划分概念、划分原则等的理解。ANSYS的学习、应用是一个系统、复杂的工程，由于它涉及到多方面的知识，所以在学习ANSYS的过程中一定要对ANSYS所涉及到的一些理论知识有一个大概的了解以加深对ANSYS的理解。

2.2 在机械动力学中的应用

建模机械结构的动力学模型可采用试验建模、解析建模及二者的混合建模方法建立。试验建模随着试验模态测试技术的发展，测试精度为机械结构的动特性分析提供了可靠的基础。但是以试验模型进行动态优化设计相当困难。解析模型可利用有限元法等分析途径加以建立，有限元法成为机械结构主要的分析建模方法。但是精度还不能完全满足要求，为充分发挥有限元理论分析的各自优势，用试验模态分析结果检验与修改有限元模型，以动态子结构法为基础，建立结构系统的混合动力学模型。采用试验模态分析修改有限元模型，建立结构系统合理的动力学模型。使其更符合机械结构的实际边界条件。混合建模方法是已成为机械结构建模实用、可靠的建模方法。可以模拟绝大部分工程材料的线形和非线形行为，进行静态和动态分析，让后用于合适的分析类型，进行生存力分析和疲劳寿命预估；析架的实际构造的每个节点都受一个平面汇交力系的作用，计算梅架内某个杆件所受的内力，可以认识析架的概念及计算方法，在机械设计中发挥具体的作用。

2.3机械动态优化优化设计，建立有限元分析模型

设计过程中根据上吊装件在实际应用中的约束情况，启动有限元分析算例，将钢板面、接点、无缝管焊接处等进行仿真模拟约束，可以有效地解决各种约束条件控制的各类结构的尺寸、形状，适用于实际工程结构优化的软件也在发展之中，针对机械优化问题的复杂性，归结为模糊非线性规划，有限元法和试验模态分析方法紧密结合，建立模态坐标和模态综合的理念，这些方法在实际机械制造中得以广泛应用。

2.4有限元分析与机械动力学分析

例如：汽车车轮是汽车的重要部件，他的材料和制造质量不仅直接关系到人的安全，应尽可能减轻其质量和美化其美观。汽车钢圈在使用中强度低面被损坏，具统计表明，轮辐出现裂纹的位置相对也比较集中，由于钢圈受力比较复杂，采用有限元方法，这种补贴贴可功不可没采用自顶向下的建模方法，对原产品研究来发现产品的不足以改进产品，可以说的比较具体的。而我们研究的结果是理论最终指导设计和改进其结构。

随着有限元分析方法在机械领域的不断应用，机械产品要求的也不断提高，有限元分析方法的结构动力学分析高速压片机的振动、噪音问题，推动机械产品质量、稳定性和生产效率的提升。通过介绍重要部件的有限元仿真计算处理，克服了有限元分析软件的CAD功能较差的缺点，提高了机械设计的效率，这些软件对于大型工程机械的设计制造都有一定的现实意义。

参考文献：

[1]张力主编.有限元法及ANSYS程序应用基础，北京：科学出版2008.，

[2]刘扬，刘巨保.罗敏编著.有限元分析及应用[M].北京：中国电力出版社，2008.

[3]刘洪文主编.材料力学第四版[M].北京：高等教育出版社，2004.

[4]胡国良任继文编著. ANSYS 11.0有限元分析入门与提高[M].北京：国防工业出版社，2009.

[5]张朝辉主编. ANSYS 11.0结构分析工程应用实例解析[M].北京：机械工业出版社，2006.