贵州大学明德学院贵州贵阳
摘要：有限元技术是现代计算技术的一种，有着非常广阔的应用价值，其在机械设计中的应用可以优化机械设计的效果，从而切实降低机械产品的生产成本，提升其使用价值。文章从此出发，首先对有限元技术做了整体的分析，介绍了其相关特征，继而探讨了有限元技术在机械设计中的实际应用策略，包括设计模型中的应用、合理划分网格中的应用、载荷处理中的应用、机械设计工况计算中的应用等。
关键词：机械设计；有限元技术；应用研究
有限元分析是较为常见的数学分析方法，具体来说便是利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟，在多个领域有着非常深入的应用价值。对机械设计而言，有限元技术同样有着独特的优势。随着我国社会经济的不断发展，对机械产品的要求也越来越高，机械产品的结构形式相应地也越来越复杂，如何有效地加强机械设计成为当前最为主要的目标，有限元技术在机械设计中的应用可以很好地实现此一目标，它能够使复杂的机械设计简单化，繁琐的机械设计精简化，提升机械产品工作性能的前提下，延长其使用寿命。
1有限元技术的主要特点
有限元技术作为机械设计中较为常用的技术，有着很强的实用性，对机械设计的完善与发展有着突出的作用与价值。并且，随着有限元软件的不断发展与完善，其在机械设计以及其他领域中的应用范围也会越来越广阔。相比于一般技术而言，有限元软件系统的优势更加明显，其技术特征主要有以下几点：第一、应用功能强大，借助有限元技术可以从多个角度对机械产品展开分析，比如多场耦合、电磁场、温度、结构等，一般性技术难以实现此一目标；第二、处理能力强大，有限元技术可以对多种多样的材料类型展开处理，有着很强的适用性，在实际的处理环节中，复合材料、混凝土、陶瓷、乃至橡胶、塑料等都属于有限元技术的处理范畴；第三、数据修正能力强大，在机械设计中，网格求解精度是影响设计效果的重要因素，有限元技术能够对网格求解精度乃至单元形态进行自动化的检查，并在此基础上做好相应的数据修正工作；第四、有限元技术的接口众多，其中不少接口直接和CAD软件相连，而在实际的使用环节中，通用CAD软件往往和有限元软件集成使用，以此为依据合理划分有限元网格，不断完善与修正设计结构直至符合最终需求，提升机械设计整体水平。
2有限元技术机械设计中的具体应用
2.1设计模型中的应用
设计模型是机械设计中的重要内容，而设计模型的复杂化同样是当前机械设计中的主要问题所在，有限元技术在机械设计中应用的主要目的之一就是尽可能简化设计模型，重点删除掉机械设计环节中一些对最终的设计结构不产生任何影响，或者影响很小不足以改变设计基本结果的内容，比如圆角、倒角等。此部分内容的存在对产品结构设计单元格划分质量会产生一些不好的影响，同时也会给计算带来更大的难度，使得机械设计的实际结构无法收敛。有限元技术的应用能够很好地改变此一现象，有限元技术在设计模型中的应用主要集中于以下几点，合理划分单元格、几何特性定义、材料特性定义、接触条件以及载荷状况等，就以材料特性定义为例，将机械材料的压缩或者拉伸应力应变输入计算机处理系统可以得到机械产品模型系数。
2.2合理划分网格中的应用
在架桥机的设计中，架桥机主梁设计居于至关重要的地位。众所周知，架桥机的主梁实际上是多个空间梁单元拼凑，并焊接而成的，而对主梁型钢结构而言，刚接或铰接杆系结构是较为理想的结构，而这就需要有限元技术的应用，具体来说便是对按照梁单元对架桥机的主梁结构开展有限元分析，在简化结构载荷的基础上，根据杠杆原理，合理地处理杠杆节点的载荷。需要注意的是，在机械设计中，网格数量有着至关重要的地位，从理论上来讲，网格数量越多，机械设计的精密性与科学性自然也就越强，但网格数量的增加同样会加剧计算的负担，因此，在确保计算精度的基础上，需要合理地控制网格的数量，这同样离不开有限元技术在机械设计的应用，简单来说便是仔细分析数据变化规律，合理划分网格。
2.3载荷处理中的应用
架桥机作为机械设计中较为常见的对象，对载荷处理有着很好的要求，载荷超出架桥机的实际水平很容易导致各种故障乃至安全事件。从架桥机结构的刚度方程中，我们可以清楚地看到，当架桥机的各个单元存在非节点载荷又或者均布载荷时，非节点载荷会转换为等效节点载荷，因为等效节点载荷的应力更加集中，从而移置非节点载荷。有限元技术在机械设计的载荷处理中同样有着突出的应用价值，架桥机的主梁结构节点主要负责传递载荷和力，借助有限元技术，可以从材料力学的角度对反支力展开一系列计算，特别是对架桥机主梁机械结构的载荷向量进行有效的计算。借助有限元技术，可以对主梁外载荷进行有效的简化与完善，从而正确地处理主梁结构载荷，提升设计的整体水平。
2.4机械设计工况计算中的应用
机械设计对工况计算有着较高的要求，特别是对于大型建筑机械设计而言，更是如此，精密的机械设计工况计算是确保机械设计准确性的必然要求，有限元技术在机械设计中的应有有助于我们更好地掌握产品结构不同单元的实际输出效果，从而切实提升机械设计的实际水平与整体效果。就以架桥机主梁结构的机械设计为例，设计方需要充分考虑架桥机主梁结构的应变、应力以及静力，尤其要考虑在不同的工况条件下，架桥机主梁的刚度以及强度，再根据实际情况对工况展开计算。比如，当架桥机正处于向前延伸的空载状态时，吊具以及天车的重量被均匀地分配到行走车轮上，由此得出静载荷系数以及主梁下弦杆位置许用应力约值，有限元技术在机械设计中的应有分析得出可以确保机械产品设计满足实际的架桥机主梁刚度和强度要求。
3结语
有限元技术在机械设计中的应用能够全面、科学地分析机械设备的动态和静态性能，从而为机械设计效果的改善提供最为坚实的支撑。因此，在当前的机械设计中，要充分注意到有限元技术的应用价值，借助此一高效实用的数值分析方法，提升机械设计的整体水平。
参考文献
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