有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用

玄东哲

(延边职业技术学院，吉林 延吉 133000)

有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用

玄东哲

(延边职业技术学院，吉林 延吉 133000)

随着科学技术的不断进步，社会经济的迅猛发展，我们的生活已经越来越智能化。在结合信息技术的基础上，很多设备科技含量也越来越高，一部分高新技术手段已广泛普及，在我国现代机械工程中，出现了有限元法及CAE技术，此项技术能极大提升机械工程实际效率。就有限元法及CAE技术进行相关定义概述，结合有限元法及CAE技术发展现状，对其在具体现代机械工程的应用进行探究。

有限元法；CAE技术；现代机械工程；静力学分析

1 有限元法及CAE技术概述

有效元法与CAE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。

2 有限元法及CAE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。而有效元件与CAE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CAE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CAE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。

3 有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用

3.1 静力学分析

有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用有静力学分析。利用有限元法及CAE技术能够对机械生产产品结构中的各个元件的受力与作用力等多种力学进行大小确定、方向确定，尤其是有些静力学力的大小变化较小，采用一般的测量技术很难观察出来，而采用有限元法及CAE技术是在对二维或三维机械结构荷载力分析的基础上进行，虽然作用在结构上的荷载力随着时间变化效果比较缓慢，在具体的检测过程中比较困难，但是借助于高敏度的计算机信息处理技术能够极大加强受力分析的准确性。

3.2 模态分析

模态分析是利用CAE技术，采取电子计算机信息处理技术，在网络上灵活运用二维或三维空间进行构图，使产品结构设计变得更加具体形象，可用于研究结构的固有频率。该应用充分结合了力学研究的方式和原理，使实际产品设计质量增强，设计过程变得更加科学有效。

3.3 谐响应分析和动态力学分析

有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用主要有谐响应分析和动态力学分析，这方面的研究分析是基于力学分析理论之上，运用有限元法及CAE技术能够极大增强实际产品元件设计结构的受力分析准确性，对产品结构元件在周期载荷与非周期载荷研究上起到增强精准度、省时省力高效操作的作用。

3.4 热应力分析

有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用是对热应力的分析，这类分析通常应用在当设计结构的工作温度与安装温度不一样的情况中，若两者温度指数有偏差则代表机械结构中某一元件在质量或结构设计中存在问题，进行热应力分析能够找出导致两者温度不一样的根源，对设备结构内部各个元件的热能感应进行具体分析，从而使元件中的温度分布更加直观可控，进一步完善对元件结构的设计制作与管理。

3.5 接触分析

有限元法及CAE技术在现代机械工程中的应用还有对产品各个结构设计中的接触分析，这也是一种状态非线性分析。由于机械制作的产品要能保证顺利运行，在此前提下需要各个元件协调配合，而各个元件能够保证运行的前提是结构之间接触良好，设备结构之间的传递力是依靠接触实现的，因此对接触力进行探究与分析关乎到整个产品设计与生产的质量。

3.6 屈曲分析

屈曲分析是指对所设计的产品中各个元件结构之间的接触压力及元件产生的应变效果的分析，属于一种非线性分析，能够模拟出元件在极大压力情况下及不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状，可根据这一屈曲具体数值分析得出元件所能承受的实际压力，防止因受力过大导致元件结构遭到破坏。

4 小结

在对有限元法及CAE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，有限元法及CAE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及CAE技术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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The application of finite element method and CAE technique in modern mechanical engineering

XUAN Dong-zhe

(Yanbian Vocational Technical College, Yanji 133000, China)

With the continuous progress of science and technology as well as the rapid development of social economy, our life has become more and more intelligent. Based on the combination of information technology, technology content of many equipments is also getting higher, and part of the high-tech means have been widely popular. The application of finite element method and CAE technology in China′s modern mechanical engineering has greatly enhanced actual efficiency of mechanical project. The finite element method and CAE technology are introduced, and combined with the development of finite element method and CAE technology, its application in modern mechanical engineering is explored.

Finite element method; CAE technique; Modern mechanical engineering; Statics analysis

2016-10-22

玄东哲(1980-)，男(朝鲜族)，硕士。

TB115

A

1674-8646(2016)23-0038-02