有限元技术在现代机械工程中的应用

有限元技术在现代机械工程中的应用

摘要：现代社会对机械设备提出了更高的要求，更重视运行的高可靠性和高效

运行。随着科学技术的进步，各种现代技术已成功应用于现代机械工程，促进了

机械工业的发展，并且也导致机械工程规模不断扩大。如今，有限元方法和CAE

技术在现代机械工程的应用中发挥了重要作用。本文简要介绍了有限元和CAE技

术的概念，并结合两种技术的发展现状，探讨了融合技术在现代机械工程中的应用。

关键词：有限元法；CAE技术；现代机械工程

随着技术的不断发展，目前世界上主流的软件已经加强了计算机辅助的概念。通过计算机强大的计算分析功能，对复杂工程或产品的机械性能进行准确，全面

的分析计算，同时优化结构和性能。基于有限元方法的CAE技术已成为更多人的

新宠，它也为现代工业的发展带来了不断变化的技术创新突变。

1 有限元法和CAE技术概念

CAE，全名计算机辅助工程。作为以计算机系统为主要载体和载体的数值分析和处理解决方案，CAE技术可以帮助现代工业中越来越复杂的结构工程和产品，

实现特定力学性能的分析和处理，不断改进结构和性能优化。性能特别是在产品

结构强度，刚度，屈曲稳定性，动态响应，弹塑性，导热性，三维多体接触等方

面作用突出。

有限元方法的核心思想是充分利用数学理论，采用无限近似的处理方法，模

拟物理实体各种物理实体的实际存在，力求通过解决简单问题，通过安排彼此之

间的特定关系。掌握无法准确确定的无限未知系统的一组功能。由于可检测单位

的数量是可见的和有限的，因此“有限”的概念得到了加冕。通过这种分析思路，

我们知道如果我们尽可能地扩大单位数量，就可以使分析解集更加全面和准确，

从而更接近无限系统的实际情况。

2 有限元法及CAE技术发展现状

目前，人们密切关注现代机械制造领域中有限元法和CAE系统的技术优势，

努力加强研发，并将该技术引入更多领域，提高质量和效率。计算机辅助开发。

由于计算机具有强大的计算能力，有限元方法和CAE系统可以实现计算机运行的

不同目标数据的准确高效的计算，设计，分析等，不断降低各种设计难度的复杂性，会有理论上的困难。分解成可灵活解决的分支问题，为机械工程带来更大的

便利。

在传统机械工程领域，产品设计和生产往往依赖于工程师的人工智能和工程

经验。大部分产品的结构和部件的结构基本上是通过设计图形来制作的，而且在

对样本处理进行检测和调整和改进之后，这种运行模式无疑表明效率不高，成本

很高，而周期长，产品设计缺乏等问题在资源投入巨大时不一定能带来良好的经

济效益。通过使用有限元方法和CAE技术，机械工程的产品设计和生产完全通过

计算完成。体力劳动强度大大降低，设计过程中不必要的环节减少，极大地提高

了设计和生产效率，为企业提供了经济。已经创造了很多好处。有限元法和CAE

技术环境中的设计过程是连续模拟和改进的过程。它可以集成多个流程，并确保

在模拟环境中实际使用产品和产品质量。发展起到了很大的推动作用。

在现阶段应用有限元方法和CAE技术研究CAE软件的发展过程中，不难看出

该技术在现代或未来长期处于乐观的发展前景：首先，可以与CAD技术无缝集成，使许多通用CAD软件可以直接进入CAE软件进行有限元分析，设计好机械零件的

结构模型。分析结果用于校准和优化，并提高设计水平和效率。其次，网格处理

能力得到增强，有限元法在分析离散物体，有限元解和计算结果处理方面将表现

出更大的优势。三是解决大量的非线性问题。

3 有限元法和CAE技术在现代机械工程的具体应用

3.1 静态力学分析

静态力学分析是有限元方法和CAE技术在现代机械工程中应用的重要体现，

主要是加强对相关产品形态结构中各个组成部分的分析，或者分析不同部件的影响。为了准确把握各种力量的大小和方向。对于呈现微弱变化趋势的静态力学，

有限元方法和CAE技术可用于在计算软件中加载必要的机械二维或三维结构以开

发合理的加载力学分析。使用一般的测量方法，显然不可能有效地捕捉和分析机

械结构中存在的不明显变化的负载力。实际检测结果偏差较大，但在基于有限元

分析方法的CAE技术中，计算机可以通过高灵敏度数据处理，为客观存在的力学

提供准确而全面的分析。

3.2 模态分析

模态分析是研究现代机械结构动力特性的重要手段。这个概念反映了工程振

动领域的技术成就。模态分析还使用有限元计算来加强技术突破。在现阶段的机

械工程中，人们需要用有限元方法和CAE技术来进行计算模态分析或实验模态分析，以掌握机械结构的固有频率特性，并使用二维软件空间或三维空间布局，通

过可视化的产品结构描述，查看各种过程参数，如模态中的特定固有频率，阻尼

比或模态形状。通过模态分析，积极掌握机械产品不同结构的动态特性，促进设

计优化和质量的提高，积极排除结构性隐患，不断识别结构载荷，确保机械工程

的稳定性和可靠性。

3.3 谐响应分析和动态力学分析

为了准确地分析机械结果的静态受迫振动，并尽量避免由共振和疲劳振动等

强迫振动引起的不利后果，谐波响应分析侧重于利用有限元方法和CAE技术对机

械结构进行稳态响应。这些响应可能会影响正弦波随时间变化对机械结构的影响。对于动态力学分析，与谐波响应一样，可以精确分析机械产品部件的机械设计，

以掌握机械结构中出现的周期性或非周期性载荷条件，并加强机械性能。准确的

测试提高了机器操作的准确性和效率。

3.4 热应力分析

目前，机械工程领域越来越重视热应力问题的解决，加强了对内燃机，汽轮机，燃气轮机，核电工程等机械部件的设计研究。通过引入有限元方法和CAE技术，热应力分析可以更好地处理特殊热传导现象的分析。例如，某机械结构的温

度和设备温度不一致，说明机械结构存在一定质量的设备或设计问题。热应力分

析可以用来找出问题的原因，并且不同部件的热能可以同步完成。归纳分析使整

个机械设备组件的温度可见并可控，易于管理。

3.5 屈曲分析

现代机械工程中的屈曲分析着重于机械结构中不同构件稳定性的应力分析，

并确定了压力下稳态变化的临界效应。利用有限元方法和CAE技术，屈曲分析能

够更快，更快速地分析机械部件在重压作用下的不稳定状态变化，获得可实现最

优稳定性的临界载荷和屈曲模态形状。提高机械部件的抗性和耐压性。

4 结语

有限元法是检测工件结构和性能的一种快速有效的科学方法。随着CAE技术

的深入整合及其在稻草人机械工程中的广泛应用，必将提高机械工程产品的实际