有限元法在机械工程中的应用与发展

《有限元法在机械工程中的应用与发展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、有限元法在机械工程中的应用与发展广东亿航建设有限公司摘要：随着计算机技术的应用，有限元法发展成为一种先进的分析和运算技术，广泛应用于科学计算、设计和分析过程当中，可以对许多复杂的设计和分析问题进行解答，成为工程设计的重要工其。木文分析了有限元法的优越性和发展趋势，并分析了在现代机械工程中的几届种应用，并介绍了有限元软件的发展趋势。关键词：有限元法；机械工程；应用与发展1研究目的现在社会市场竞争激烈，企业为了在竞争中生存，争相幵发质量高、成木低的产品，以此来抢占市场先进，要生产高质低耗的产品，必须配以技术含量高、处理速度

2、快以及成木低的产品设计方法。计算机技术的发展和普及，使有限元法不仅仅应用于对结构工程进行强度计算，迅速扩展到其他相关领域，发展成为一种具有实用性和效益性的数值分析方法，尤其是在产品设计和研制中具有明显的优越性，企业依靠它设计的产品具有较强的竞争力。2有限元法的原理2.1物体的离散化将待分析对象离散为有限单元，单元的数量是由计算精度确定的。发果单元划分较细，则对变形情况的描述越精确，计算结果越接近实际变形，但是同时计算量也会相应增大。2.2对单元特性进行分析要选择位移模式，一般有限元法采用位移法，然后对分析单元的力学性质

3、。根据每个单元的材料性质、形态、尺寸、节点数、位置等，找到单元节点和节点位移的关系公式，导出单元的刚度矩阵，再对等效节点力进行计算。将表面力、体积力等效转移到每个节点，用等效的节点力来替代作用在单元上的力。2.3单元组集利用结构力的平衡条件和结构条件将各个单元按照原结构进行联结，形成刚度矩阵。2.4求出未知节点的位移用有限元方程解出节点位移，再求出未知量。有限元法是对常量和微分方程进行求解的方法，如果工程问题可以归结为求解微分方程，则一般都可以用有限元法进行解决，所以广泛应用于结构、热、电磁等的分析。有限元法与其他力学

4、方法相比具有很多的优越性，主要表现在：分析对形状复杂、非均质的工程结构进行分析；可以对各种材料本构关系、荷载进行模拟；可以对结构进行动力分析；可以对许多方案进行比较分析，用图形来描述计算结果，有利于工程方案的优化。3有限元法的发展趋势最初应用冇限元法是解答结构的平面问题，现在已经可以解决三维问题和板壳问题，从最初的解决静力学问题发展为动力学问题，不光可以进行结构力学的分析，还可以进行流体力学、电磁学等的分析，并扩展到非线性问题，并可以对弹塑性、塑性、粘弹性以及复合材料进行分析，广泛应用于般空航天、土木工程、机械、水利、

5、电子等领域，可以求解多物理场的耦合。有限元法的发展离不开计算机技术的发展，计算机技术发展越迅速，奋限元法的应用越广泛。过去小型机来求解复杂问题要花费几天的时间，用终端机后只用几个小吋。有限元软件大多数都可以在PC机上运行。在未来有限元法的应用会逐渐扩大，会成为工程技术领域重要的数值计算工具。4有限元法在机械工程的应用机械产品的设计和制造具有独特的特点，如产品的批量较人，样机试验的成本较低，相对于计算机模拟试验更加可靠，大多数机械产品可以根据类似产品进行改进设计，其性能可以参照现有的己生产产品的性能。基于以上的特点，有限

6、元法较少应用于机械工程中，仅仅限于分析产品中的核心配件以及特殊的零件。随着市场竞争的激烈，经济效益和社会效益不断提高，机械产品的设计要越来越多的依赖于有限元法。4.1动力学分析这是有限元法在机械工程中最基本的分析，主要是分析二维或者三维的机械结构承受荷载后的应力、应变和变形情况。如果在产品结构上的荷载不受吋间变化的影响或者受到的影响微乎其微，则要用静力学进行分析。4.2模态分析模态分析是动力学分析中的一种，主要是对结构的频率和自振型式等特性进行分析，进行模态分析只能施加位移荷载和预应力荷载。4.3热疲力分析进行热应力分

7、析吋，主要是当结构的温度与安装温度不冋或者结构内部有温度分布吋，分析结构的温度应力。4.4谐响应和瞬态动力学分析这两种都是动力学分析，主要是研究周期载荷和非周期载荷对结构的动态影响。4.5接触分析接触分析是一种非线性分析，主要是当两个结构物发生接触后，对接触面的状态和应力进行分析。机械内部结构的传递是通过相互之间的传递来做到的,在机械结构中应用有限元法有很大部分是进行接触分析。以前的计算能力有限，对接触分析的应用不多。4.6屈曲分析屈曲分析是一种非线性分析，主要是当结构不太稳定吋分析此吋的临界载荷和屈曲模态，如对压杆的

8、稳定性进行分析。5冇限元软件的发展工程人员运用有限元法进行分析吋，大多都会采用商用有限元软件来进行分析和运算，但是自行开发的很少，都是购买软件进行使用。商业有限元软件的开发质量关乎有限元法的应用深度。现在大型的冇限元软件较多，这些冇限元软件有具有成熟的事前处理、事后处理和运算能力，可以满足很多产品的开发需求，但是也存在着一些不足，