机械设计仿真过程的计算机技术体现研究

冯永胜 邹家柱

摘 要：伴随着目前的经济社会和科学技术的不断进步和发展，现代机械产品设计开始朝着高智能化、集成化、精细化、信息化、虚拟数字化等方向创新发展。近几年，随着计算机仿真技术在机械设计当中的广泛深入的应用，一些机械产品的虚拟样机相继建立。通过对这些虚拟样机进行多性能的仿真试验，可以更加具体、详细、直观地展示机械产品的某些动态和静态的性能，在这个背景下可以更为准确的、快速的发现一些潜在的故障、问题和缺陷并及时的进行有针对性的解决和处理，减少甚至完全的避免机械设计出现重大的失误造成的返工，从而减少机械产品的投资和开发的时间金钱成本，在一定程度上大大降低产品开发的风险隐患，进一步的提升和优化了机械设计的整体水平，大大提高机械设计的质量和效率。本文对机械设计过程中的计算机仿真技术进行了深入细致的研究和分析。

关键词：机械设计;仿真过程;计算机技术

引言：

机械制造行业的发展在进一步的促进我国经济社会发展和人民群众生活水平提高等方面发挥了重要积极的作用。各类机械产品已被广泛应用于各行各业当中，从人们日常生活中所用到的各种电器产品、外出时的各种交通工具，到飞机、轮船甚至卫星导弹等高端工业产品都有他的身影。伴随着科技的不断进步和计算机技术的深刻变革、飞速创新，机械产品设计已由传统的设计阶段转向以计算机仿真技术为核心的更高层次、更高水平的设计阶段。本文通过三维立体建模软件、运动动力学分析软件、有限元分析软件等三个方面介绍了计算机技术在机械设计仿真过程中的应用，并且以此为基础简述了开展机械设计计算机仿真设计的意义。

1机械设计制造中仿真技术的主要特征

1.1分布性特征

通过把计算机技术和仿真软件技术的充分结合，进一步的突出了仿真技术在机械制造领域所表现出来的积极意义。因为更高水平的机械设计制造业离不开仿真技术的应用，而计算机仿真技术的应用实际上是从虚拟网络这个领域中衍生出来的一种新的技术类别，它使机械的设计者可以在不同的地方共同的进行机械产品研发和设计，并能对产品的各种参数进行共同的研究完善、修改和模拟，使计算机仿真技术可以表现出强烈的分布特征。

1.2适用范围广

计算机仿真技术的应用对进一步的提高和促进机械设计行业的快速、稳定、可持续的发展具有十分关键和重要的意义。仿真技术的应用在机械产品行业当中，不管是从最初的产品设计还是到最后的产品测试环节，都具有十分重要的积极作用。特别是在机械产品设计阶段，计算机仿真软件可将机械设备的各类参数转换成三维立体的仿真模型，使设计人员可以更清晰、更直观的看到产品的结构。机械产品的试验阶段采用计算机模拟技术，将产品的测试数据導入软件系统中，进而计算模拟出产品实际工作中的性能表现。计算机仿真技术在当今已被广泛地应用于实际机械产品的设计和研发的过程中，以模拟机械产品的结构应力。我司在压铸行业中，通过计算机软件进行有限元静力学分析，疲劳寿命分析，开锁模机构运动特性分析，模流分析，温度场仿真分析等已有广泛的应用。

1.3集成化特征

集成特性是机械设计和制造仿真技术的最主要特点。利用计算机仿真技术，可以在机械设计与制造中虚拟地建立产品开发与制造过程。此外，由于模拟技术的实现方式多种多样，因此计算机模拟技术也表现出很强的多样性[1]。

2机械设计仿真过程的计算机技术体现

为把计算机模拟技术应用到机械产品的设计中，需要通过计算机模拟软件进行。计算机模拟系统是一种综合知识密集型的高科技的信息产品，它是充分的融合了计算机数学、计算力学、工程管理学和现代计算机技术。所以，要在机械产品的设计仿真过程中充分的体现先进的计算机技术，就要求相关的产品设计人员必须对计算机仿真软件有较充分的把握和理解，也要有较高的技术分析能力。

2.1三维实体造型软件

目前市场上流通的三维实体造型软件有Pro/E、Solidworks、UG等等，与传统二维CAD软件相比，三维实体造型软件更加致力于对产品完整的表达的各种生产管理信息以及相关的技术。在进行机械设计过程当中，应该将各种软件进行对比，并且根据实际应用的情况，选择不同的软件进行三维造型以及建模技术[2]。

2.2运动以及动力学分析软件

为了能够建立较为复杂的机械系统的虚拟样机，除了对样机进行三维建模，还需要运用专业的动力学仿真软件来进行动力学仿真。现阶段，较为流行的软件有美国MSC公司制造的ADAMS软件，它是能够将建模、求解以及可视化技术结合为一体的CAE软件，能够对多种机械设计方案进行快速分析与比较，辅助设计人员快速获得综合的最优方案。

2.3有限元分析软件

有限元分析软件是工程技术人员需要掌握的一门重要技能，其中ANSYS是一种广泛应用的有限元分析软件，它能够在协同环境的构架下，对各种CAD软件的零件模型进行直接读入，从而完成动力学分析、结构分析及多目标的自动化等等[3]。

3发展机械设计计算机仿真技术的意义

3.1节省经费，保证机械设计质量

伴随着当今经济社会的不断进步、发展和企业的不断壮大，机械产品的设计也逐渐的进行创新，当然也面临着一系列的问题集中地表现在了传统的机械产品设计落后、机械设计创新的经费保障不足的问题，在新的信息化背景下利用先进的计算机仿真技术可以有效的处理和弥补这方面的不足。采用计算机仿真系统可以建立一个可视化的虚拟实验环境，对机械的模型进行不断的组合、装配、拆装等实验，达到较高水平的实际试验的检测的效果。我司大型压铸机研发，样机试制材料投入动则几百万，费用投入巨大，如采用计算机模拟仿真设计开发，只需前期投入几十万的材料测试成本，后期可通过计算机模拟开发，大幅减少试错成本。通过实施计算机模拟实验，解决了传统的机械设计阶段的重复实验对硬件设备的依赖性，从而保证了机械产品的设计的质量和水平，大大降低了这个阶段的成本经费投入。

3.2先进机械设计技术的应用

计算机仿真技术已在机械设计领域中得到了十分广泛的应用。利用计算机技术建立了机械产品的仿真模型，并对其静态和动态特性进行了较高水平、全面真实的仿真分析。在仿真分析结果的基础上再次进行研究分析，可以很好的完善和改进机械设计方案，大大提高了机械产品的设计质量和效率。根据相关专业预测，传统的机械设计方法将在未来的一段时间内被全新的计算机数字仿真技术所替代。所以说将计算机仿真技术积极主动的引入到机械设计领域，可以能更好地适应未来的行业发展和市场发展的根本需要。

结语：

进入新世纪以来，各种高新技术得到了十分迅速的发展。计算机仿真技术在机械产品的设计和制造领域得到了十分广泛的应用，使机械产品的设计逐步从传统的单一系统发展到更加丰富、更为科学、更为开放、更为复杂的信息化系统。从机械产品概念的形成和设计，计算机仿真技术在机械产品的设计过程中的应用可以说已经全部的覆盖了机械制造的整个过程，目前也正在随着技术创新向多领域、多维度、智能化、高度集成化的方向深入的发展，总的来说，计算机仿真机械设计在新的社会背景下的机械设计中具有不可替代、十分重要的作用。

参考文献：

[1]杨佳.基于计算机仿真技术的机械设计制造研究[J].河南科技，2019（25）：70-72.

[2]王正铎.浅析仿真技术在机械设计与制造中的应用[J].电子元器件与信息技术，2019（03）：95-98.

[3]肖韶光.机械设计仿真过程的计算机技术体现分析[J].科技创新导报，2013（25）：69.