资源描述：
《现代设计方法及其应用结课论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、现代设计方法及其应用结课论文班级：11020441学号：1102044xxx姓名：xxxxxx有限元法与其应用于机械工程领域探讨摘要：有限元法是随着计算机技术的应用而发展起来的一种先进的CAE技术,广泛应用于各个领域中的科学计算、设计、分析中,成功的解决了许多复杂的设计和分析问题,已成为工程设计和分析中的重要工具。在有限元法基本原理的基础上,分析了有限元的优越性,介绍有限元的发展趋势,研究有限元法在现代机械工程中的应用情况。关键词：有限元法;机械工程;应用ApplicationofFEMtomodernmechanicalengineeringAbstract:FEMisakindofad
2、vancedCAEtechnologywhichiswidelyappliedinscientificcalculation,designandanalysis.TheprincipleofFEMisintroduced.ThearticleanalysesthesuperiorityanddevelopmentofFEM.TheapplicationofFEMissummarizedinmodernmechanicalengineering.Keywords:FEM;mechanicalengineering;application<1>研究目的在竞争激烈的市场环境中,为取得竞争优势,企
3、业迫切需要能够迅速开发出高质量、低成本的产品,并迅速抢占市场。因此企业界迫切需要高技术、高速度、低成本的设计方法。随着计算机技术的快速发展和普及,有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域,成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法,有限元在产品设计和研制中所显示出的无可伦比的优越性,使其成为企业在市场竞争中制胜的一个重要工具。<2>有限元法的基本原理有限元法分析的基本步骤如下:(1)物体离散化。将分析的对象离散为有限个单元,单元的数量根据需要和计算精度而定。一般情况下,单元划分越细则描述变形情况越精确,越接近实际变形,但计算量越大。(2)单元特性分析。首先
4、进行位移模式选择。有限元法通常采用位移法,因此应先选择合理的位移模式(位移函数)。然后分析单元的力学性质。根据单元的材料性质、形状、尺寸、节点数目、位置及其含义,找出单元节点力和节点位移的关系式,亦即导出单元刚度矩阵,这是分析中的关键一步。最后计算等效节点力。将单元边界上的表面力、体积力或集中力等效地转移到节点上,也就是用等效的节点力来代替所有作用在单元上的力。(3)单元组集。利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按原来的结构重新联结起来,形成整体刚度矩阵。(4)求解未知节点位移。解有限元方程求出节点位移,然后根据节点位移求出所有的未知量。归根到底,有限元法是求解常,偏微分方程的一种方法
5、。理论上讲,凡能够归纳为求解微分方程的工程问题都可以用有限元法来解决。因此有限元法可以进行结构、热、电磁、流体、声学等分析。有限元法与其它常规力学方法相比,具有许多优越性:a.可以分析形状十分复杂的、非均质的各种实际的工程结构;b.可以在计算中模拟各种复杂的材料本构关系、荷载和条件;c.可以进行结构的动力分析;d.由于前处理和后处理技术的发展,可以进行大量方案的比较分析,并迅速用图形表示计算结果,从而有利于对工程方案进行优化。<3>有限元法的发展趋势有限元法最初应用在求解结构的平面问题,发展至今,已由二维问题扩展到三维问题、板壳问题,由静力学问题扩展到动力学问题、稳定性问题,由结构力学扩展
6、到流体力学、电磁学、传热学等学科,由线性问题扩展到非线性问题,由弹性材料扩展到弹塑性、塑性、粘弹性、粘塑性和复合材料,从航空技术领域扩展到航天、土木建筑、机械制造、水利工程、造船、电子技术及原子能等,由单一物理场的求解扩展到多物理场的藕合,其应用的深度和广度都得到了极大的拓展。有限元法的发展过程是与计算机技术的发展紧密相联的。只有计算机技术高度发展以后,有限元法才得到广泛的应用。一个复杂的问题的求解,过去用小型机花费几天才能得到结果,现在用PC机几个小时就能完成同样的工作。商业有限元软件也由只能在大中型计算机上使用,转人到多数都能在PC平台上运行。可以预期,随着计算机技术的进一步发展,有限
7、元法的应用还将进一步扩大,并将成为工程技术中更重要、更有力的数值计算工具。<4>有限元法在机械工程上的应用由于机械产品的设计、制造和试验有以下的特点:(1)一般的机械产品批量比较大,可以在运行过程中不断改进并积累经验;(2)一些机械产品的样机试验相对成本较低,而且比计算机模拟试验更可靠;(3)在实际中,多数机械产品及其零件都是根据现有同类产品及零件进行改进或近似性设计,其性能可参考现有产品和零件的性能得出。所以,有限元法
