淺析計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程中的重要性

1、    淺析計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程中的重要性    趙永利【摘 要】現(xiàn)如今，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，滲透到各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。機(jī)械工程的科研領(lǐng)域計(jì)算機(jī)已占據(jù)著不可替代的重要地位，機(jī)械工程活動(dòng)對(duì)計(jì)算機(jī)的依賴還會(huì)越來越顯著。本文就計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程中的應(yīng)用做以下分析。【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)技術(shù)；機(jī)械工程；應(yīng)用隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也日趨廣泛，在機(jī)械工程計(jì)算當(dāng)中計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用就包括cad技術(shù)、cae技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以及cam技術(shù)。1 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展1.1可視化技術(shù)包括數(shù)據(jù)庫可視化、監(jiān)測信息可視化、可視化輔助設(shè)計(jì)等方面。可視化技術(shù)對(duì)提高有限元法應(yīng)用

2、的可靠性和精確度方面起著非常重要的作用。1.2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)它是一種可以創(chuàng)建和模擬體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)世界的計(jì)算機(jī)技術(shù)，它將真實(shí)世界的各種媒體信息有機(jī)地融進(jìn)虛擬世界構(gòu)造了用戶能與之進(jìn)行各個(gè)層次交互處理的虛擬信息空間。1.3 多媒體仿真技術(shù) 它是在科學(xué)計(jì)算機(jī)可視化和可視仿真技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它用不同媒體形態(tài)描述不同性質(zhì)的模型信息將系統(tǒng)行為和形態(tài)、數(shù)學(xué)模型和物理模型以及它們的時(shí)空表現(xiàn)模式有機(jī)統(tǒng)一地建模和求解。這種特點(diǎn)更適合于科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)的需要，因而受到工程界的普遍重視。2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的發(fā)展及重要性機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工程的重要組成部分，是機(jī)器生產(chǎn)的前提，同時(shí)也是決定機(jī)械性能的最主要因素，一部機(jī)器的質(zhì)量及

3、工作性能的好壞很大程度上取決于設(shè)計(jì)質(zhì)量，狹義的機(jī)械設(shè)計(jì)僅指技術(shù)性的設(shè)計(jì)過程，廣義的機(jī)械設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)者根據(jù)使用要求和現(xiàn)有的條件，對(duì)機(jī)械的工作原理、結(jié)構(gòu)、剛度和強(qiáng)度、各個(gè)零部件的材料和形狀尺寸、以及潤滑方法、力和能量的傳遞方式等進(jìn)行分析、構(gòu)思和計(jì)算，并將其形成具體的描述以作為機(jī)械制造依據(jù)的工作過程。這不僅是一個(gè)創(chuàng)造性的工作，同時(shí)也是建立在豐富的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的工作，只有將兩者結(jié)合起來，才能設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的機(jī)器。機(jī)械設(shè)計(jì)的所有步驟幾乎都需要計(jì)算機(jī)的幫助。圖形的編輯、修改，大量數(shù)據(jù)的計(jì)算和比較，對(duì)零部件動(dòng)力、強(qiáng)度等方面的精確測試，都需要相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件的支持。除了這些繁瑣的工作可由計(jì)算機(jī)替代外，設(shè)計(jì)者還

4、可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行虛擬樣機(jī)的構(gòu)建，也就是根據(jù)圖紙，在計(jì)算機(jī)上制造一個(gè)模擬樣機(jī)，對(duì)它的工作性能、受力情況、熱度等各方面進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)出現(xiàn)的狀況修改原設(shè)計(jì)，從而達(dá)到完善的程度。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)正在越來越廣泛地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)的各個(gè)方面以及各種各樣的機(jī)械設(shè)計(jì)中，它在提高機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)化為實(shí)際制造的效率方面，發(fā)揮著重要作用。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)便是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)，并廣泛應(yīng)用于多種學(xué)科的一種方法。3機(jī)械工程計(jì)算中cad技術(shù)的應(yīng)用cad，即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)硬件和軟件的支撐下，通過對(duì)機(jī)械工程產(chǎn)品進(jìn)行描述、造型、系統(tǒng)分析、優(yōu)化、仿真和圖形化處理的研究與應(yīng)用，使計(jì)算機(jī)輔助工程

5、技術(shù)人員完成產(chǎn)品全部設(shè)計(jì)過程的一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)。cad中設(shè)計(jì)者與計(jì)算機(jī)密切合作，在決定設(shè)計(jì)策略、信息處理、修改設(shè)計(jì)以及分析計(jì)算方面充分發(fā)揮著各自不同的專長。利用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)信息、檢索、分析計(jì)算、圖形與文字處理以及其他重復(fù)的驗(yàn)算工作。當(dāng)前cad系統(tǒng)的硬件環(huán)境主要是工程工作站及個(gè)人計(jì)算機(jī)。工作站是具有高速的科學(xué)計(jì)算、豐富的圖形處理及靈活的窗口與網(wǎng)絡(luò)管理功能的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它一般具有32位或64位字長的中央處理器（cpu），廣泛采用精簡指令（risc），超標(biāo)量、超流水線及超長指令技術(shù)，具有unix操作系統(tǒng)和x窗口管理系統(tǒng)，在一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行。在機(jī)械工程計(jì)算中利用cad技術(shù)進(jìn)行二維繪圖、圖

6、形及符號(hào)庫、參數(shù)化設(shè)計(jì)、三維造型等，通過cad進(jìn)行二維繪圖以及三維造型，在許多具有實(shí)體建模功能的cad軟件中，都有一些基本體系，例如在cad的三維實(shí)體造型模塊中，系統(tǒng)提供了六種基本體系，然后再經(jīng)過結(jié)構(gòu)分析，分解成若干個(gè)基本體并最終進(jìn)行三維實(shí)體造型。4機(jī)械工程計(jì)算中cae技術(shù)的應(yīng)用cae，即計(jì)算機(jī)輔助工程作為一種綜合應(yīng)用計(jì)算力學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)、信息科學(xué)等相關(guān)的綜合工程技術(shù)機(jī)械工程計(jì)算中cae技術(shù)的應(yīng)用是指使用有限元軟件對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，強(qiáng)度應(yīng)力、剛度應(yīng)變和變形、動(dòng)態(tài)特性固有頻率、振動(dòng)模態(tài)、熱態(tài)特性溫度場、熱變形。在cae分析的一般流程及其技術(shù)應(yīng)用特帶你的基礎(chǔ)上，研究幾何模型的建立、有限元模型的建立

7、包括網(wǎng)絡(luò)劃分、整機(jī)系統(tǒng)的分解與合成、邊界及載荷處理等、求解、結(jié)果數(shù)據(jù)分析等系統(tǒng)cae的應(yīng)用技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助工程的特點(diǎn)是以機(jī)械工程和科學(xué)問題為背景，建立甲酸模型并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真分析。一方面，在機(jī)械工程計(jì)算中cae技術(shù)的應(yīng)用，使以往許多由于受條件限制無法分析的復(fù)雜問題，通過計(jì)算機(jī)模擬得到滿意的解答；另一方面，計(jì)算機(jī)輔助分析使大量的復(fù)雜的機(jī)械工程計(jì)算分析簡單化，使復(fù)雜的過程層次化，節(jié)省了大量的時(shí)間，避免了低水平重復(fù)的工作，是工程分析更快、更準(zhǔn)確。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、新產(chǎn)品的開發(fā)等方面發(fā)揮了重要的作用，同時(shí)cae這一新興的數(shù)值模擬分析技術(shù)在機(jī)械工程計(jì)算中的應(yīng)用越來越廣泛，技術(shù)的發(fā)展又推動(dòng)了許多相關(guān)的基

8、礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用科學(xué)的進(jìn)步。在機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)中由概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)到試驗(yàn)，再修正設(shè)計(jì)，再試驗(yàn)，知道滿足產(chǎn)品要求，cae仿真分析技術(shù)的引入，最大限度的較少或者縮短了材料的浪費(fèi)以及耗時(shí)環(huán)節(jié)。一個(gè)多參數(shù)的工藝或者制造過程的仿真模擬、力能計(jì)算和參數(shù)優(yōu)化中，也可以得到對(duì)象局部、相互關(guān)系和全域的結(jié)果。5機(jī)械工程計(jì)算中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)又稱虛擬樣機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)人員在計(jì)算機(jī)上建立樣機(jī)模型，對(duì)模型進(jìn)行各種動(dòng)態(tài)性能分析，然后改進(jìn)樣機(jī)設(shè)計(jì)方案，用數(shù)字化形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)物樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的一種新型技術(shù)。在機(jī)械工程計(jì)算中通過建立真實(shí)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型，分析實(shí)際系統(tǒng)的行為特征。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的關(guān)鍵因素在于建立真實(shí)

9、的系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模型，包括數(shù)學(xué)模型和仿真模型，而且具有經(jīng)濟(jì)、可靠、使用、安全、靈活以及可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，目前在機(jī)械工程計(jì)算中已經(jīng)成為許多復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等的必不可少的手段。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種物理設(shè)施為設(shè)備工具，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或者設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)仿真研究。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)必須具備cad圖形學(xué)、幾何造型技術(shù)、工程數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及計(jì)算力學(xué)等知識(shí)。6機(jī)械工程計(jì)算中cam技術(shù)的應(yīng)用cam，即計(jì)算機(jī)輔助工程分析是指一系列對(duì)機(jī)械工程產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行各種模擬、仿真、分析和優(yōu)化技術(shù)，是一種利用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維

10、多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題的近似數(shù)值分析方法。cae技術(shù)主要包括有限元分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析、流體力學(xué)分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)分析等內(nèi)容。利用計(jì)算機(jī)輔助編制cnc機(jī)床的零件加工程序。cam技術(shù)在機(jī)械工程中的主要作用是數(shù)控加工，它與cad技術(shù)相互作用，是密不可分的一個(gè)整體，許多cad系統(tǒng)都有輔助的cam數(shù)控加工模塊，用cad生成的圖形信息或者數(shù)據(jù)，然后通過轉(zhuǎn)換變成控制指令，然后設(shè)置加工參數(shù)等，由此可見cad/cam技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械工程發(fā)展的必然趨勢。7結(jié) 語伴隨著我國科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化水平的不斷提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程計(jì)算當(dāng)中應(yīng)用也越來越普及，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)建立機(jī)械工程的動(dòng)力學(xué)模型，然后進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)分析，獲得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度應(yīng)力、剛度應(yīng)變和變形、動(dòng)態(tài)特性固有頻率、振動(dòng)模態(tài)、熱態(tài)特性溫度場、熱變形等參數(shù)，根據(jù)計(jì)算分析得到容易導(dǎo)致機(jī)械出現(xiàn)疲勞失效的風(fēng)險(xiǎn)以及其它