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如何實現(xiàn)有限元法在機械設計中的運用，實際上就是運用有限元的程序把有限元的方法和理論通過計算機體現(xiàn)在機械設計的過程當中。下面就以一種由天然橡膠和內(nèi)、外襯套構(gòu)成的橡膠襯套為例來具體的分析有限元法在機械設計當中的具體應用，以便為其他的機械設計提供參考和借鑒。

1.機械模型的簡化

機械模型簡化就是去掉新產(chǎn)品的模型中那些不會對機械整體產(chǎn)生很大影響的部分，比如機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的圓角或者倒角等部分，因為保留這些成分就會影響機械單元格的整體質(zhì)量，尤其是在加大運算量以后很難收斂計算的結(jié)果。對于橡膠襯套這樣的機械設計在對它的徑向剪裁進行分析的時候，對橡膠內(nèi)的襯套固定以及橡膠的形變程度進行研究，還有在徑向沒有孔的方向加人載荷為500牛的力，并保持加載速度為每分鐘五毫米。

2.單元格的劃分

單元格的劃分就是把機械整體的模型進行離散的處理，這樣做可以方便技術(shù)人員從離散的數(shù)據(jù)中找出模擬分析的規(guī)律，另外，在進行單元格的劃分時要根據(jù)不同機械模型的需求建立不同的有限數(shù)據(jù)集合，這樣就能夠保證在設計完成后的材料選取和定義邊界條件的時候方便操作。

3.定義機械的幾何特征

在機械設計制造的過程中需要根據(jù)新產(chǎn)品的幾何特征制作相應的模型，那么就一定要定義其幾何特征，例如，機械模型中部分零件的厚度、變力、應力、熱傳導等特性的分析等，當然，不同的機械模型會有不同的要求，機械工程設計人員要根據(jù)具體的情況作出決定。另外，這里要對材料特性的定義問題做出強調(diào)，對于已經(jīng)構(gòu)建完成的機械模型，要對其中起決定性作用的部分構(gòu)建材料參數(shù)，對于大多數(shù)的金屬類同性材料只需要構(gòu)建楊氏模量即可，而那些非線性變化的材料就必須將其壓縮或者拉伸的應力變化值輸人到計算機中進行分析，最后再通過計算機的擬合賦予不同模型或相同模型的不同部分相關(guān)的系數(shù)。

4.定義接觸條件和載荷狀況

對于接觸條件的定義要根據(jù)機械模型各部分組成的接觸狀態(tài)而定，就以上文提到的橡膠襯套為例，橡膠在受力后很容易發(fā)生形變，這是橡膠之間的接觸，橡膠就叫做變形體，而外襯套和內(nèi)襯套不會發(fā)生形變，可以認為是剛體。當接觸條件定義完成后，機械模型的材料和受力等情況也就基本確定了，然后就是邊界條件和載荷條件的確定了，這就需要有限元法中的定義收斂法來確定。

5.定義作業(yè)和單元類型

對于已經(jīng)定義好的載荷狀況機械模型，要將其選擇到作業(yè)當中做更加細致的處理，如果是更加復雜的機械模型就需要用到初始載荷的定義，最后還要選擇具體的分析操作類型以及設計結(jié)果的分析。另外，在有限元軟件中不同類型的結(jié)構(gòu)有不同的單元類型，所以要應用現(xiàn)代的計算機技術(shù)對單元類型進行定義。

綜上所述，本文分析了有限元法在機械設計中的應用，并且對有限元軟件的開發(fā)和利用做了介紹，隨著有限元在機械生產(chǎn)企業(yè)中的廣泛應用，企業(yè)的設計效率有了顯著的提高，對設計方案也進行了優(yōu)化，尤其是縮短了產(chǎn)品開發(fā)時間，節(jié)約了成本。雖然我國仍然有很多機械生產(chǎn)企業(yè)沿用傳統(tǒng)的設計方式，但是值得欣慰的是已經(jīng)有很多的企業(yè)技術(shù)人員認識到CAE技術(shù)有著很大的發(fā)展?jié)摿Γ梢詷O大地提高生產(chǎn)力，所以，有限元法的使用一定會越來越受到重視，希望隨著我國有更多的機械生產(chǎn)企業(yè)運用有限元法進行機械設計，會使得社會更加進步，科技更加發(fā)展，從而幫助我國的經(jīng)濟更加迅速的增長。

本文作者：李晶