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2013-08-14 by:机械设计中心 来源:有限元分析培训中心
机械有限元分析
在设计中采用摩擦学、振动学、断裂力学、有限元法、可靠性设计、优化设计、系统工程、人类工程学等新兴学科的知识,提高设计的科学性,减少盲目性。
设计准则
机械零件的设计具有众多的约束条件,设计准则就是设计所应该满足的约束条件。
1、技术性能准则
技术性能包括产品功能、制造和运行状况在内的一切性能,既指静态性能,也指动态性能。例如,产品所能传递的功率、效率、使用寿命、强度、刚度、抗摩擦、磨损性能、振动稳定性、热特性等。技术性能准则是指相关的技术性能必须达到规定的要求。例如振动会产生额外的动载荷和变应力,尤其是当其频率接近机械系统或零件的固有频率时,将发生共振现象,这时振幅将急剧增大,有可能导至零件甚至整个系统的迅速损坏。振动性稳定准则就是限制机械系统或零件的相关振动参数,如固有频率、振幅、噪声等在规定的允许范围之内。又如机器工作时的发热可能会导致热应力、热应变,甚至会造成热损坏。热特性准则就是限制各种相关的热参数(如热应力、热应变、温升等)在规定范围内。
2、标准化准则
与机械产品设计有关的主要标准大致有:
概念标准化:设计过程中所涉及的名词术语、符号、计量单位等应符合标准;
实物形态标准化:零部件、原材料、设备及能源等的结构形式、尺寸、性能等,都应按统一的规定选用。
方法标准化:操作方法、测量方法、试验方法等都应按相应规定实施。
标准化准则就是在设计的全过程中的所有行为,都要满足上述标准化的要求。现已发布的与机械零件设计有关的标准,从运用范围上来讲,可以分为国家标准、行业标准和企业标准三个等级。从使用强制性来说,可分为必须执行的和推荐使用的两种。
3、可靠性准则
可靠性:产品或零部件在规定的使用条件下,在预期的寿命内能完成规定功能的概率。可靠性准则就是指所设计的产品、部件或零件应能满足规定的可靠性要求。
4、安全性准则
机器的安全性包括:
零件安全性:指在规定外载荷和规定时间内零件不发生如断裂、过度变形、过度磨损和不丧失稳定性等等。
整机安全性:指机器保证在规定条件下不出故障,能正常实现总功能的要求。
工作安全性:指对操作人员的保护,保证人身安全和身心健康等等。
环境安全性:指对机器周围的环境和人不造成污染和危害。
分析类型
静态应力/位移分析:包括线性,材料和几何非线性,以及结构断裂分析等
动态分析粘弹性/粘塑性响应分析:粘塑性材料结构的响应分析
热传导分析:传导,辐射和对流的瞬态或稳态分析
质量扩散分析:静水压力造成的质量扩散和渗流分析等
耦合分析:热/力耦合,热/电耦合,压/电耦合,流/力耦合,声/力耦合等
非线性动态应力/位移分析:可以模拟各种随时间变化的大位移、接触分析等
瞬态温度/位移耦合分析:解决力学和热响应及其耦合问题
准静态分析:应用显式积分方法求解静态和冲压等准静态问题
退火成型过程分析:可以对材料退火热处理过程进行模拟
海洋工程结构分析:
对海洋工程的特殊载荷如流载荷、浮力、惯性力等进行模拟
对海洋工程的特殊结构如锚链、管道、电缆等进行模拟
对海洋工程的特殊的连接,如土壤/管柱连接、锚链/海床摩擦、管道/管道相对滑动等进行模拟
水下冲击分析:
对冲击载荷作用下的水下结构进行分析
柔体多体动力学分析:对机构的运动情况进行分析,并和有限元功能结合进行结构和机械的耦合分析,并可以考虑机构运动中的接触和摩擦
疲劳分析:根据结构和材料的受载情况统计进行生存力分析和疲劳寿命预估
设计灵敏度分析:对结构参数进行灵敏度分析并据此进行结构的优化设计
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