ANSYS在机械结构设计中的应用

2016-07-13何阳

大科技 2016年8期

关键词：机械设计主梁载荷

何阳

（湖南省农林工业勘察设计研究总院湖南长沙 410000）

ANSYS在机械结构设计中的应用

何阳

（湖南省农林工业勘察设计研究总院湖南长沙 410000）

本文分析了机械结构设计的相关内容以及设计技术，希望能够对读者提供一些借鉴和参考。

机械结构设计；内容；技术

1 前言

当前，我国机械行业快速发展，机械产品结构越来越复杂，这对机械结构设计提出了更高的要求。

2 机械设计标准控制的基本内容

现代化机械制造企业已经不适合再使用以前的机械设计标准，需要在之前标准的基础上做出很大的更新，这是必须面临的形势。因为我国整体生产方式由粗犷开放型转向细致加工型，朝着现代化方向更进，机械设计制造也应当面临更高的要求，同时还要体现出环保理念。因此机械设计标准，主要通过两个方面进行设计。

在机械设计及安全标准方面，树立机械设计安全理念。①保障设备安全及其科技先进性，使用符合或者过于国家标准的机械设备，引入科学方式进行维护，保证其机械装备正常服役年限。②机械设备设计生产的原材料必须坚固可靠，预防在运行中可能对工作人员或设备自身产生伤害，提高机械设备的安全性。③设计师要重视对机械安全事故的评析，对发生过的机械事故案例整合学习，对机械设备之外的安全问题发出警示警告，对操作人员进行人性化、安全性提示。④机械设计需要体现以人为本的理念，需要不断进行简单化、智能化，避免工作人员在具体操作中出现使用疲劳的现象。

在机械设计绿色设计标准方面。现代企业设计必须具有环保理念，否则绝对不会长期持续发展下去，被政府或者其他绿色机械制造企业所取缔。这也是我国现代市场竞争机制、资源整合的要求。绿色设计产品理念，也是现代化机械制造应当贯彻的机械设计标准。绿色设计在机械产品中分为三大类：

（1）资源属性绿色设计；

（2）生态环境属性绿色设计；

（3）对人健康影响的基本属性。绿色设计理念，贯穿机械设计的始终，在各个阶段都有不同的绿色设计标准。

在物料准备阶段，机械设计初期就必须体现绿色环保的观念。选择材料时，优选无公害、环境友好、没有污染、能够循环利用的材料。坚决抵制高污染原材料的使用。在结构设计阶段，需要保障设计产品质量的前提下，对机械设计产品使用材料也应当体现出节约成本特点，降低物料使用量。具体的设计，压缩机械设计产品的质量体积，极少零部件的使用，以保障质量、减少成本的策略实现结构设计的绿色环保。在机械制造阶段，减少“三废”排放，降低操作难度，提高对资源的利用率。在产品使用阶段，通过对外包装以及消费情况的控制，展现绿色设计理念。包装方面除了便于搬运拆卸，还应减少使用包装材料，对消费者，也应当提出环保使用的建议，在包装上进行重点提醒。

3 机械结构动态设计中的技术

机械结构动态设计中的技术，主要体现在两个方面，分别是有限元建模技术和ANSYS软件技术，对其做如下分析：

3.1 元建模技术

机械结构动态设计是一项复杂、繁琐的工作，将有限元做为设计建模的理论基础，积极分析机械结构的动态设计。有限元建模技术，促使机械结构动态设计的结构，趋向于真实的求解区域，可以将机械动态设计的不同单元体，组合到同一个求解区域内，规划出机械产品所需的设计结构，有限元建模技术根据几类设计结构，模拟可能使用的几何形状，体现数值分析方法的优势。有限元建模技术在机械动态设计中，需要注重单元函数的求解过程，得出未知函数的准确表达。

3.2 SYS软件技术

ANSYS软件降低了机械动态设计中的计算难度，提供可靠的操作和计算。ANSYS软件，能够根据机械产品动态设计的需求，规划出问题的范畴，在此基础上辅助构建有限元，优化机械产品动态设计的步骤。ANSYS软件技术中，可以根据机械设计的优化需求，引入CAD软件，完善计算数据的使用。ANSYS软件技术，广泛应用在交通、家电等行业的机械产品设计中，清晰的反馈设计结果，表达机械产品的非线性动态变化，有利于提升动态设计的准确性，消除潜在的设计误差。

4 有限元技术的应用

4.1 单元类型

架桥机主梁由多个空间梁单元组成，并焊接在一起，对于主梁型钢结构，抽象为比较理想的刚接或铰接杆系结构，按照梁单元对架桥机主梁结构进行有限元分析，简化结构荷载情况，根据杠杆原理，处理杆件节点载荷!同时，合理划分机械设计模型网格，确保机械设计的科学性和精度，网格数量对于机械设计规模和计算精度有着直接的关系，机械设计精度随着网格数量的增多而不断提高，但是这样会增加计算量，综合考虑网格数量和机械设计精度，在确保机械设计精度的基础上，最大程度地减少网格划分数量。

4.2 适应机械设计计算特点，对于梯度变化较大的主梁结构部位，仔细分析数据变化规律，合理划分网格，根据主梁结构的刚度和结构质量情况，确定振型和固有频率。

4.3 载荷处理

在机械设计过程中应用有限元法，主梁结构节点主要用于传递载荷和力，在架桥机结构刚度方程中，当各个单元有非节点载荷或者均布载荷时，非节点载荷转换为应力比较集中的等效节点载荷，移置非节点载荷，约束非节点载荷单元结构的位移和变形，结合材料力学，计算支反力，对机械产品结构的等效节点载荷，计算架桥机主梁机械结构的载荷向量，在主梁相关构件或者部位上，主梁外载荷进行简化，基于有限元模型，正确处理主梁结构载荷。

5 计算机辅助技术在机械设计制造中的应用

计算机辅助技术在机械设计制造中的应用主要体现多个方面，例如绘图、图形符号的应用以及三维模型的构建等等。机械设计过程是比较复杂的，其中要用到很多的符号和图形，而符号和图形设计和应用都是利用计算机辅助技术完成的。计算机辅助技术的应用让机械设计师的设计工作变得简单，极大地缩短了设计周期，同时也可以有效的避免设计的细节差错，提高设计结果精确性，计算机辅助技术是机械设计中图形符号应用不可缺少的技术和工具。

机械设计的绘图环节是设计工程中最重要的部分，计算机辅助技术应用于机械设计的绘图工作中，就可以为机械设计提供极大的帮助，不仅可以缩短绘图时间，提高工作效率，同时也能极大的提高机械设计绘图的质量。

计算机辅助技术还可以应用于机械设计中三维立体模型的构建，将设计产品以三维可视化形态呈现出来有利于进行更准确的分析，提高了工作效率，也可以将设计结果形象、直观地呈现出来，提高了机械设计准确性。计算机辅助技术除了以上应用之外，还可以解决机械设计制造过程中的其他各种问题。例如在汽车设计制造过程中，对汽车整体质量有重要影响的一个因素就是汽车覆盖膜具的设计质量，所以对汽车覆盖膜具的设计制造要求非常严格，尤其是汽车覆盖膜具的设计图纸与实体模型之间的一致性要高，如果两者之间存在较多差距的话就属于不合格，需要返工，这样就会降低工作效率，增加设计成本，甚至还会影响产品在市场上的正常运行。但如果将计算机辅助技术应用于机械设计制造当中就可以根据差异的具体情况及时对图纸的相关参数进调整，对模型的结构进行及时修改完善，保证图纸与模型之间的高度一致性，避免不必要的返工现象，提高工作效率。