现代机械工程中有限元法的应用探究
在现代化机械工程领域，有限元分析法的实际应用相对较少。怎样分析现代机械工程中有限元法的应用?
在计算机科技日益普及和发展的局势下，有限元分析法已由单一的结构强度计算延伸至多个技术领域，变成一种高效、可靠的数值分析技术。该方法在机械产品设计过程中所展现出优势，使得它逐渐成为企业获得市场竞争胜利的重要工具。现围绕有限元分析方法，对其在现代机械工程中的实际应用进行分析，具体内容如下。
1 有限元分析法原理介绍
1.1 物体离散化
对分析对象施以离散化处理，形成多个有限单元，单元总量需按照实际需求与計算精度进行确定。通常情况下，有限单元划分的越细致，单元描述将越准确，越接近于实际情况，但这种情况的计算量往往较大。
1.2 有限单元的特征分析
首先对位移模式进行优化选择。有限元分析法大多运用位移法，所以先要选取适宜的位移模式;然后对有限单元的基本力学性质进行分析，根据单元材质、形态、规格和位置，确定节点力与节点位移间的相互关系式，再导出单元对应的刚度矩阵，此为分析过程的重点步骤;最后对等效节点力进行计算，对有限单元边界中的体积力、集中力与表面力进行转移，使用完全等效的节点力替代作用于有限单元中的力。
1.3 有限单元组集
充分运用结构力自带平衡、边界条件将所有单元按照原始结构进行重新联结，以此形成一个具有整体性特征的刚度矩阵，完成有限单元的组集，为后续计算等步骤奠定基础。
1.4 位移求解
通过对有限元方程的求解得出各个节点实际位移，再根据位移情况得出全部未知量。经过上述分析可知，有限元分析法实际上是偏微分方程的分支。从理论角度讲，凡是可以归纳到求解微分方程的问题均能运用该方法进行求解。所以有限元分析法在当前的很多领域都得到了广泛应用。与传统的力学方式比较，有限元分析法主要具备如下优势：①可对形状复杂、非均质工程结构进行分析;②可在计算过程中对复杂材料本构关系、荷载与条件进行模拟;③支持多类型结构动力分析;④凭借前、后处理技术快速发展，能完成不同方案的对比分析工作，同时借助图形等对计算结果进行表达，进而达到确保工程方案最优化的目标。
2 现代机械工程有限元分析法应用
现代机械工程的产品设计、制造与试验具备如下特征：①现代机械产品的生产批量较大，在实际运行时可不断积累经验，并作出适时改进;②很多产品样机试验的成本相对较低，而且与计算机模拟相比，更具可靠性;③在实际情况中，大多产品与零件均是依据现有的同种产品与零件完成设计和改造的，所以新产品与零件的性能指标可以通过对现有产品及零件的参考得出。
基于上述三种特征，在现代化机械工程领域，有限元分析法的实际应用相对较少。通常只对关键性零件实施有限元分析。然而，伴随机械工业的发展，当前的.机械工程已不能离开有限元分析法的帮助。
通过实践得知，现代机械工程领域中，有限元分析法的实际应用体现在如下几方面。
2.1 静力学分析
主要是对机械结构在承载以后的应变、应力与变形进行分析，静力学分析是有限元分析法在现代机械工程当中最基本与常用的分析方法。如果作用于机械结构的实际载荷不能伴随时间发生变化，或随时间变化较为缓慢，则可使用静力学分析法进行分析。
2.2 模态分析
模态分析属于动力学分析，主要在结构固有频率与自振形式分析中应用。开展模态分析的过程中需要注意，其施加的实际载荷必须是位移或预应力载荷。
2.3 谐响应与瞬态动力学分析
这两种分析方法同属动力学分析范畴，适用于结构对于周期、非周期荷载响应的研究。
2.4 热应力分析
如果机械结构工作温度和安装温度存在较大出入，或在工作过程中结构内存在一定温度分布，可采用热应力分析法对温度应力等进行分析，以掌握温度应力对结构造成的影响。
2.5 接触分析
接触分析为状态非线性分析的一种，在两个结构产生接触后的法向力与状态分析中应用。在机械结构中，由于机构之间的作用力传递都是以借助的形式完成的，因此在现代机械工程领域，应用最频繁的分析方法就是有限元接触分析。然而，在过去，由于受到计算水平等方面的限制，使得接触分析并未得到广泛普及。
2.6 屈曲分析
屈曲分析是几何非线性分析方法，主要应用于结构逐渐失稳时临界荷载与屈曲模态形状分析以及典型的有压杆的稳定性分析中。
3 有限元分析法的未来发展趋势
早期有限元分析法主要用于平面结构问题求解，通过多年的发展，已从二维平面延伸至三维立体，从单个物理场求解延伸至多物理场的耦合，从静态力学求解延伸至动态力学求解，从结构力学延伸至流体、电磁与传热的多种综合学科，从线性延伸至非线性，从弹性材料延伸至弹塑性、黏弹性、塑性与黏塑性，从航空领域延伸至电子、水利、机械、土建等，它的应用范围出现了巨大的拓展。
有限元分析法的发展历程与计算机科技进步是有密切联系的，简言之，就是计算机科技的不断发展造就了如今的有限元分析法。对于一个复杂问题，在过去往往需要花费大量的时间进行求解，而且还无法保证求解正确性，而在应有有限元分析法以后，相同的问题仅需简单操作就能得到正确的求解结果。由此可见，随着计算机科技的深入发展，有限元分析法必将得到更广泛的应用，在不久的将来会成为普遍、有力的工具。
4 结束语
有限元分析法始终处在不断发展，在现代机械工程中运用有限元分析法对提升机械工程设计水平、优化现有方法、缩减产品开发研制周期与保证机械产品可靠性有十分重要的作用。基于此，更多企业的领导人认识到有限元技术所能带来的巨大收益，同时在实践中不断加强技术应用，并取得了相对较好的成果。
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