机械设计中有限元分析技术的运用研究

机械设计中有限元分析技术的运用研究

金盾

(中国通号轨道车辆有限公司，湖南 长沙  410200）

摘要：在当前机械设计中，为了满足后续的使用要求，要创新当前的设计方法，例如要融入有限元分析技术有效地解决在机械设计领域中的复杂问题，简化整体的操作流程，从而使机械设计质量能够得到充分的保证，促进机械设计行业的稳定发展。

关键词：机械设计；有限元分析技术；应用研究

有限元分析技术是随着我国科技水平的不断提高而衍生出的新型技术方案，这一技术的出现使人们可以将无法理论求解的复杂问题借助有限元的理论和计算机技术，完成数值的求解，最终求解准确度较高，满足机械设计的要求以及标准。因此在机械设计时，需要充分地发挥有限元分析技术本身的优势，创新当前的设计模式，以此来提高机械设计本身的准确度。

一、机械设计中有限元分析技术的应用概述

为了促进有限元分析技术能够在机械设计中发挥应有的价值和效果，在实际工作中需要加强对有限元分析技术要点的深入性解读，之后再和机械设计要求相互的对接，持续的更新现有的设计模式，为机械设计开创新的发展模式。有限元分析技术演进时进行了设计流程的科学划分，划分为三角形和矩形结构之后，再利用函数的方式将不同数值进行完整的展现，为机械设计提供重要的帮助。随着我国科技水平的不断提高，有限元分析技术与不同的设计方法进行了有效的融合，在产品设计和研制中的应用非常的广泛，能够将复杂的问题变得更加简单，同时也可以保证最终数据能够具备较强的准确性，避免在机械设计中存在诸多的矛盾而影响机械设计本身的准确性[1]。在有限元分析技术利用的过程中，需要将连续和分散的单元进行有效的整合，并且还需要确定最小子域，之后与整体的定义域进行数据的整合，使各个数值能够符合定义域内所有的条件，之后再按照机械设计的要求以及标准完善当前的设计体系，减少各种失误问题的发生。无论是子域求解还是整体定义求解可以根据有限元分析技术来获得准确的数值，值得注意的是在有限元分析方法用的过程中，对子域的求解能够无限接近真实的信息，在小单元求解过程中能够满足整体定义域的条件，有效保证整体设计的准确性。因此在实际设计时需要重视这一问题，从而使整体分析效果能够得到全面提高。

二、机械设计中融入有限元分析技术的方法

（一）模型的简化处理

在机械设计中由于包含的设计环节较为复杂，为了减少对后续产品使用的影响，在设计工作中需要充分地发挥有限元分析技术本身的优势，对模型数据进行简化处理，满足基本的设计要求。在设计过程中需要对每个部位进行仔细的分析，之后再选择合适的方式简化当前的处理结构，实现各个数值的精准性计算，从而使整体设计水平能够符合硬性的要求[2]。值得注意的是在数据分析的过程中，不要随意简化当前的系统结构，也不要代替弯曲板，要利用三维立体化的方式来查看设计方案本身的可行性，从而为后续设计工作提供重要基础。在有限元分析方法利用的过程中，需要根据力学的基本概念，严格按照三维图形的特点有序地优化不同的零部件设计模式，并且保证机械受力本身的均匀性，提高机械设计本身的效果。另外还需要利用三维图形掌握机械设计本身的限制条件，采取正确的方式简化模型的设计方法，从而使最终数据能够得到有效地保障。在完成设计之后需要加强对整个设计过程的再一次检查，做好各项数值的核对。如果出现偏差，要再一次的利用有限元分析技术构建对应的三维模型，从而保证模型计算和设计的效果，降低整体的设计难度。

（二）解体规模设计

在进行这一部分设计时，主要是为了应对零部件复杂的结构形态，获得准确的结果，要采取有限元分析技术进行结构的分解处理之后再划分为不同的小单元，降低整体的设计难度。在有限元分析的过程中，要借助结构的对称性和周期性的优势，解决在以往设计中所存在的问题。在机械设计中往往会涉及到较多的单元零部件，例如空气压缩机和发电机转子等等，为了符合机械设计的要求，在实际设计的过程中需要严格按照有限元分析技术的应用流程来进行零部件的设计，避免对后续的制造造成较为严重的影响[3]。在设计的过程中要实现资源的科学配置，利用零件结构的特点选择某个周期来进行多样性的分析，并且还需要以多重静力子结构和动力子结构为主完成当前的设计任务。此外，在选择结构时，要按照机械设计的要求进行有效的选择，防止出现较严重的资源浪费，从而提高整体的设计效果。

在对大型机械进行设计的过程中，要确定主要的求解方式，比如可以选择钻新技术形式，在具体设计的过程中要利用充网络的方式进行结构的有效分析之后，再进行局部设计的细化调整，确定好不同的边界条件。如果计算出的结果和预期结果存在一定的差距，需要再建立局部模型进行数据的反复计算指导，符合预期的要求，使整体机械设计能够具备较强的准确性。另外还需要将最终的分析结果作为边界条件，完成精准性的求解，达到最佳的设计效果。

（三）几何特征定义设计

在几何特征定义设计时，要根据整体的设计要求和几何特点建立对应的模型，尤其是要做好机械中的厚度和应力变化情况分析，按照不同的设计要求建立对应的模型之后，再整合不同的数据，与机械设计要求进行相互的匹配，使整体设计能够具备较强的准确性。在设计的过程中需要对机械类型进行有效的分析和研究，并且还需要掌握机械的基本特点，对于非线性变化要导入到对应的应力模型中，如果整体设计难度较高，要融入到计算机系统中自动化的分析对应的数据，以此来完成当前的设计任务。在实际设计的过程中也可以利用计算机技术减少机械材料本身的消耗，精准性的核对不同的数值，使整体设计水平能够得到全面的提高。在实际设计时也可以利用有限元分析技术，对机械聘礼中离散的内容进行模型整合，共同地完善当前的设计方案，如果存在任何的偏差，可以将模型放置在特定的计算机软件中进行有效的分析，重新调整当前的设计方案，符合预期的设计要求。

结束语 

在当前机械设计中融入有限元分析技术的优势较为突出，因此相关工作人员需要加强对有限元分析方法的深入性分析，构建更加成熟的设计经验，完美的融入到机械设计领域中，解决在以往设计中材料浪费和离散设计难度较高的问题，进一步地保证机械设计的效率，促进我国机械设计行业的稳定进步。

参考文献

[1]候鹏飞.基于有限元分析的螺纹连接强度设计技术研究[J].导弹与航天运载技术，2019（2）:80-83.

[2]王鹏.移动式架车机结构设计及有限元分析[J].铁道建筑，2020（1）:49-51.

[3]张新达.基于有限元分析对液压结构优化设计的研究[J].机械管理开发，2020（13）:120-122.