冶金机械设计中有限元分析技术的实践分析

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  • 更新时间2018-06-17
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  摘要:有限元技术是建立在计算机技术基础之上,因其技术理论性强,应用效率高以及适应范围广,所以目前在我国冶金机械的设计工作中得到广泛应用,并发挥出了重要作用,不仅提高了机械设计水平,还在促进冶金行业可持续发展方面起到了积极促进作用。接下来本文就以有限元技术为研究主体,重点对这种技术在冶金机械设计工作中的实践作出详细分析。


  关键词:有限元技术概念阐述冶金机械设计工作应用探讨


  一、引言


  有限元技术出现于二十世纪中期,并在计算机技术蓬勃发展下迅速发展起来,这种新型技术的出现,使得传统的机械设计无法再满足时代发展需求。所以必须要借助先进的计算机技术才可以实现对数值的快速求解,如此一来,不仅可以提高冶金行业工作效率,也可以在有限元技术的应用过程中积极促进管理工作的顺利进行。在信息技术迅速发展前提下,目前有限元技术已经在我国冶金行业的机械设计工作中得到了大力推广和广泛应用,工作人员指出,有限元技术在提升产品质量,优化机械设计,缩短产品的研发周期等多个方面都发挥出了至关重要的作用,由此看来加强对有限元技术在冶金行业机械设计工作中应用的研究是很有必要的。


  二、有限元技术概念以及特点阐述


  1.概念阐述。有限元是以有限元理论作为基础的机械结构模型,它具有一定弹性,当系统产生载荷作用,其内部各个单元会随之发生形态变化,这种变化一直到系统内部全部作用力都达到平衡才会消失。对所有单元来说,各个节点与其产生的作用都存在一定联系。


  2.主要特点阐述。有限元技术是将系统内所有离散单元进行集合并实现有效联合,目前这种技术主要被应用在冶金机械设计工作中的求解环节。有限元技术的出现,及时有效的解决了计算误差过大的问题,确保了计算数值的准确性,这对人员工作质量的提升发挥出了重要的作用。在有限元技术应用中,工作相关操作人员需要注意,要取最接近数值,并通过对机械设计求解过程进行深入分析,更好的满足了求解域条件,以此保证了冶金机械设计环节中计算数值的精确性。如下图所示为有限元工作流程图,作为参考。


  三、冶金设计工作中有限元技术的应用研究


  1.简化结构模型。对冶金机械工作人员来说,选择计算模型并对其进行科学分析是非常关键的,对模型分析透彻,会大大提升机械设计工作效率。例如我国某省冶金机械工作人员表示,在复杂化的计算模型分析中需要特别注意这个问题:要充分认识到,对问题本质进行科学分析,这在计算模型处理工作中是至关重要的,能够用自己专业知识对其进行科学合理判断。鉴于以上分析,在冶金机械设计中采用振兴叠加法,周期荷载确定法进行动力学分析和求解是不可用的,反之,如果人员发现,其中冷变量,或者任意一个关系式和时间有关,就可以采取这种方法来处理。某人员指出,在对复杂化的系统结构进行处理时,要注意其构件特点,有必要对系统内部各个构件进行仔细推敲,以此确定构件计算方法。比如判断非线型,线型;动力,静力。例如升降臂三维CAD共有58个部件组成,其应用软件模型系统提供插件接口,同时直接将此模型顺利导入应用软件中。这个应用软件是一个自动六面体,具有网格划分功能,在升降臂网格划分中模型节点数为58个,其结构材料为力学参数,其对应密度值为每立方米7529千克,弹性模量是180GPa。工作人员由于缺乏对构件的仔细推敲,所以错将梁当做杆,以为三维块体就是板壳,于是在构件模型的计算中出现结果不准确,误操作现象的发生,从而对整个冶金机械设计工作质量造成严重影响。在改时间发生后,工作人员认识到力学力学概念的重要性,提高责任心,在机械设计工作进行前,先对力学中的杆,壳,板,平面应力等进行充分了解,熟练掌握轴对称真正含义以及使用中所产生的作用力,条件限制,从而避免误操作情况发生,有效保证了构件计算结果的准确性。


  2.节约资源,优化设计。在冶金机械设计工作中,要求求解人员具有专业的有限元理论知识,同时还具有丰富的机械设计经验,有助于产品研发工作的有序进行,提升工作效率,降低计算成本。在传统冶金机械的计算工作中,分析方法不恰当是影响结果准确性的主要因素。但是在有限元技术不断发展前提下,机械设计中的计算量以及求解结果准确性都得到了明显提升。所以对工作人员来说,应用有限元技术是提高机械设计求解结果准确性的主要途径,也是最有效的方法。比如某人员经过多次实践得出,在应用有限元技术的基础上,可以最大程度的帮助企业节约物力,人力,财力,避免了工作时间以及资源的浪费,简化了试件制作流程,有效降低了计算成本,使整个计算过程更具有科学性和合理性。在信息技术迅速发展情况下,有限元技术在冶金行业得到了工作人员一致认可,受到机械设计人员青睐。另外,各个国家之间的竞争主要是体现在科学技术方面,将有限元技术更好的应用在我国冶金机械的设计工作中,不但可以发挥到提高冶金机械工作人员专业技术的优良作用,还可以积极促进我国冶金机械工作的稳定发展,这对提升我国市场竞争力来说,具有非常重要的意义。例如在旋转辊道设计环节,通过使用有限元理论对焊接台架连接环以及支撑力进行科学分析,最终获取旋转辊道位移以及应力,同时对其刚度以及强度进行量化分析,找到刚度和强度控制关键点。


  3.缩小解体规模。比如在大型机械工程的设计中会出现构件较多,且形状复杂现象,在这种情况下要想保证构件计算求解的正确性,有必要将整体结构划分为多个小单元,这种小单元含有不计其数的节点,所以方程计算的规模较大,在计算中需要消耗很大费用,所以在确保计算值精确度的基础上有效减少资源浪费,降低成本,是目前人员工作的重中之重。比如某省冶金机械工作人员通过利用结构的反对称以及周期性等特点,以此缩短了工程计算规模,之前需要消耗四个小时完成的结算任务,现在只需要一个半小时的时间。人员意识到,零件设计是确保机械设计工作科学性的重要保证。例如空气压缩机的设计,发电机的设计都对设计工作质量造成直接影响,认真考虑零件整体设计,对结构周期进行科学的分析,在此过程中工作人员还及时积极采用静力子结构求解技术,从而降低了计算费用,帮助企业最大限度节约成本。某人员在冶金机械设计工作中的求解环节主要采用的是钻心术,先对整体结构网络模型进行综合性分析,然后采用局部观察法进行细致研究,并将综合分析结果作为求解条件,通过对局部某一构件作出分析,接着再将其分离出来,将上次分析出的结果作为此次求解条件,一步一步执行,以此确保最终结果能够满足机械计算工作标准要求,将整个计算任务进行区域划分,因此工作量不会很大。


  四、结语


  综上所述,在冶金机械的设计环节,工作人员将有限元技术得以及时应用,通过对整体结构进行综合分析,然后进行细致分析,确保机械设计工作中计算值的准确性,还可以有效简化计算流程,节约时间,有效提高工作效率,通过将有限元技术和计算机技术结合起来,促使计算技术的成熟化,以此推动我国冶金机械的健康发展。


  参考文献: 

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  [2]王秋鹏. 有限元分析技術在冶金机械设计中的应用[J]. 中国锰业, 2016, 34(4):140-142. 

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  [4]程勇高, 林元琦. 有限元分析技术在冶金设备设计中的应用[J]. 智能制造, 2012(9):61-64. 

    作者:何艳兵