科技是第一生產力,先進技術的應用可以有效提高工業(yè)發(fā)展水平。 在當前的國際競爭和市場環(huán)境競爭中,通過使用先進的科學技術來提升生產效率和產品質量,成為主要的競爭手段。 其中,生產技術的研發(fā)和生產工具的設計,是各個領域的生產單位擴大技術優(yōu)勢的主要途徑。 冶金機械是冶煉工業(yè)發(fā)展過程中,通過合理的冶煉工序的設計,實現(xiàn)有色金屬的萃取和冶煉的重要工具,冶煉機械設計水平的高低會直接影響冶煉技術的可行性和實施效果。 傳統(tǒng)的冶金機械設計中,具體零件和機械的設計涉及到多方面數(shù)值的影響而容易產生設計的偏差,同時這些偏差是在傳統(tǒng)的機械設計過程中不可避免的, 無法的到精確的計算和解決。有限元分析可以把每一個小單元的復雜問題簡單化,并通過對小單元問題的求解推導出整個求解域總的滿足條件,從而使設計中的計算更加精確,提高機械設計的效率和水平。
有限元是那些集合在一起能夠表示實際連續(xù)域的離散單元,有限元分析技術主要應用于較小的求解子域中。 在以往的求解中,往往追求的是需要滿足整個定義域的條件,但是由于定義域條件的復雜性,這樣會造成更大的計算誤差。 與以往的求解方法不同,有限元分析技術針對的是求解定義域中較小的子域。 在對求解子域的求解過程中,由于本身無法達到精確的計算,有限元分析只是取最接近的數(shù)值,通過對小單元問題的求解推導出整個求解域總的滿足條件,從而使設計中的計算更加精確。 在機械設計中,有限元法將函數(shù)定義在簡單幾何形狀的單元域上,且不考慮整個定義域的復雜邊界條件,這樣就使得求解更精確,過程更加簡單。
有限元分析技術可以貫穿于機械設計的整個流程之中,特別是隨著計算機技術的發(fā)展, 可以從機械的設計到實物的測試,都可以通過相關函數(shù)的輸入,利用計算機的高效和準確性,得到更加精確的解值。 在具體的冶金機械設計中,有限元分析技術可以大大提高機械產品的研制水平, 縮短產品研制的時間。 同時,由于計算機的使用,可以使建模和實體造型的修改更加方便。 有限元分析技術的準確性,可以使機械研發(fā)部門在研究成果更加先進的同時,減少更多的研究費用開支。
計算模型的分析和選擇,對有限元分析計算人員來說十分重要。處理得好,將事半功倍,反之,則可能前功盡棄。對于復雜結構的靜、動力分析問題來說,主要應考慮以下幾個方面的問題。 在模型簡化處理中,首先要對問題的性質進行判斷,判斷其是線性問題還是非線性問題,是靜力問題還是動力問題,這樣才能根據(jù)不同的問題判斷使用正確的力學公式,得到正確的求解結果。 對非線性問題、力的獨立作用原理不再成立。 因此,像動力分析中的振型疊加法和周期載荷的富里埃級數(shù)展開求解,就不能采用。 反之,只要一冷變量或關系式與時間有關,就應按動力問題處理。
在分析處理一個復雜結構問題之前, 應該構件的特點,對結構的各個部份,仔細推敲,選用合適的簡化構件來計算。不要錯把能抗彎曲的板簡化為不抗彎的膜,把梁錯當成桿,將三維塊體誤認為軸對稱體或板殼,盡力避免計算模型上出差錯。 在這里正確運用力學概念十分重要,計算人員應該真正搞清力學上的桿、梁、板、殼、平面應力、軸對稱等問題的真正含義,及其使用時所受的條件限制,這樣才能做好模型的簡化工作。
大型工程問題一般構件多,形狀復雜,要想得到一個精度較好的解,就需要將結構分成許許多多個單元,含有成千上萬個節(jié)點,方程規(guī)模非常龐大。 即使計算機的容量和速度能滿足要求,也要消耗巨大的計算費用。 因此,如何在精確求解的基礎上減少計算成本,始終是機械設計中計算人員努力奮斗的目標。
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