機(jī)械工程研究生“有限元分析”實(shí)踐能力培養(yǎng)的教學(xué)探討

1、機(jī)械工程研究生“有限元分析理論才能培養(yǎng)的教學(xué)討論機(jī)械工程研究生有限元分析理論才能培養(yǎng)的教學(xué)討論一、引言二、機(jī)械工程有限元分析工程理論才能培養(yǎng)的現(xiàn)狀三、對(duì)機(jī)械工程有限元分析理論才能培養(yǎng)特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)和理解機(jī)械工程有限本文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理元分析課程與其他機(jī)械設(shè)計(jì)課程相似，都具有經(jīng)歷性和工程性很強(qiáng)的特點(diǎn)，一個(gè)不懂機(jī)械和力學(xué)的人，也可以建立很漂亮的模型，外人幾乎無法看出其破綻與問題。但是這樣的模型不能解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題，有許多重要的經(jīng)歷與方法需要在真實(shí)的構(gòu)造建模中才能領(lǐng)悟到。機(jī)械工程有限元分析理論才能培養(yǎng)特點(diǎn)之一是有限元模型幾何形狀變化差異很大，需要按詳細(xì)力學(xué)要求進(jìn)展處理。不同的位置形狀對(duì)網(wǎng)格

2、形狀的要求也不同。特點(diǎn)之二是不同的力學(xué)行為和關(guān)注的失效形式對(duì)建模的要求也不同。比方靜力學(xué)問題，要求網(wǎng)格很細(xì)，而動(dòng)力學(xué)問題那么可以粗略。特點(diǎn)之三是邊界條件復(fù)雜繁多，最難處理。這就需要對(duì)力學(xué)問題有深化全面的理解，并簡(jiǎn)化凝練，通過數(shù)學(xué)方法來描繪復(fù)雜的邊界條件，學(xué)會(huì)使用不同的時(shí)域、頻域以及空間場(chǎng)等多種方式描繪邊界條件。特點(diǎn)之四是計(jì)算仿真結(jié)果的解讀和評(píng)價(jià)，需要結(jié)合實(shí)際工程問題以及不同工況結(jié)果給出解讀和評(píng)價(jià)。特點(diǎn)之五是隨著計(jì)算機(jī)硬件和軟件的開展，有限元分析方法也在軟件方面出現(xiàn)了既合適多樣性問題的大型通用分析軟件如NASTRAN，ANSYS，又有專用的針對(duì)某一類問題的軟件如汽車碰撞仿真的專用軟件LSDYNA

3、3D，研究生需要理解所研究的對(duì)象并能選用適宜的軟件。四、進(jìn)步研究生有限元分析理論應(yīng)用才能的教學(xué)理論嘗試近年來，我校針對(duì)機(jī)械工程機(jī)械設(shè)計(jì)方向研究生在課程學(xué)習(xí)完畢的根底上開設(shè)了有限元分析為主的實(shí)驗(yàn)課。該課程內(nèi)容精心設(shè)計(jì)，有以下明顯的特點(diǎn)：1.要求使用3D軟件如reprE，UG，ATIA對(duì)實(shí)際問題進(jìn)展三維建模，可以進(jìn)展較為復(fù)雜的機(jī)械構(gòu)造建模。通過這樣的訓(xùn)練，使研究生在這樣的階段得到較深化的認(rèn)識(shí)，對(duì)復(fù)雜工程問題建模不再懼怕。2.要求使用Hyperesh專業(yè)有限元網(wǎng)格劃分軟件對(duì)較復(fù)雜的構(gòu)造進(jìn)展色彩、特性等的分組，很容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜模型的管理。3.對(duì)各樣的力學(xué)問題，從靜力學(xué)、接觸問題、動(dòng)力學(xué)模態(tài)和響應(yīng)計(jì)算以及

4、非線性問題都進(jìn)展從簡(jiǎn)到繁的訓(xùn)練。4.為了克制有限元仿真是虛擬的，經(jīng)常脫離工程實(shí)際結(jié)果，我們所使用的例子增加理解析解和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的問題，使得這樣的訓(xùn)練更真實(shí)。比方在靜力學(xué)方面我們安排了懸臂梁彎曲變形的例子，對(duì)典型齒輪齒根彎曲應(yīng)力進(jìn)展分析，以及對(duì)一對(duì)齒輪的接觸分析進(jìn)展計(jì)算，因?yàn)檫@些實(shí)例都有較準(zhǔn)確的解析結(jié)果或經(jīng)歷公式。在動(dòng)力學(xué)方面安排了兩個(gè)典型例子，一個(gè)是螺栓連接框架構(gòu)造的模態(tài)分析，另一個(gè)是典型航天輕型接觸構(gòu)造的自由模態(tài)分析和隨機(jī)振動(dòng)分析，這兩個(gè)例子都具有試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果。5.為增加對(duì)有限元分析結(jié)果的評(píng)價(jià)和認(rèn)識(shí)，對(duì)一些例子嘗試使用量化的比擬方法進(jìn)展更進(jìn)一步的練習(xí)。比方用螺栓連接框架構(gòu)造對(duì)計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的模態(tài)

5、振型置信度A指標(biāo)進(jìn)展量化的比擬，這樣的評(píng)價(jià)更為客觀，使有限元分析可以做到有的放矢，不至偏離太遠(yuǎn)。6.引入有限元模型修正的方法。有限元模型修正技術(shù)是為了進(jìn)步仿真計(jì)算的精度，在構(gòu)造動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域漸漸開展起來的一項(xiàng)二次改良開發(fā)的技術(shù)，通過修正有誤差的參數(shù)使有限元分析的模態(tài)參數(shù)或頻率響應(yīng)或時(shí)域響應(yīng)與實(shí)驗(yàn)的響應(yīng)更加吻合。我們使用較簡(jiǎn)單的框架構(gòu)造，由于其連接構(gòu)造剛度不確定，使用彈簧單元來描繪其連接剛度，選取四階主要的構(gòu)造模態(tài)振型和頻率作為目的，使用手工調(diào)整和ATLAB編程的形式來修正連接參數(shù)，通過這樣的理論練習(xí)可以使研究生對(duì)構(gòu)造模態(tài)、靈敏度和建模的認(rèn)識(shí)更加清楚，為將來的建模提供原那么性的指導(dǎo)。7.結(jié)合工程理論

6、，凝練工程實(shí)例，從工程理論出發(fā)，指導(dǎo)學(xué)生自主建模和分析。近幾年我們?cè)跈M向科研活動(dòng)中積累了不同領(lǐng)域具有代表性的工程構(gòu)造有限元分析實(shí)例，通過整理，選取一些實(shí)例作為研究生的工程理論訓(xùn)練。這些實(shí)例包括：某型挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)支承軸承動(dòng)力分析；大型磨機(jī)含根底振動(dòng)分析；大型傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振分析；某型航天電子設(shè)備機(jī)箱的環(huán)境振動(dòng)與強(qiáng)度校核；典型動(dòng)車整車的系統(tǒng)等效建模與模態(tài)分析；車輛駕駛室的大變形落物和側(cè)翻變形平安分析；含機(jī)器人的整體框架動(dòng)強(qiáng)度校核；液壓圓錐破碎機(jī)動(dòng)力學(xué)分析與強(qiáng)度校核。這些工程實(shí)例多數(shù)都有現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn)為檢驗(yàn)，通過選擇上述仿真算例研究，研究生可以使研究生得到直接的訓(xùn)練。在教師的指導(dǎo)下，研究生可以對(duì)工程構(gòu)造有限元分析有更為真實(shí)的經(jīng)歷，同時(shí)也進(jìn)步了研究生在這些方面的興趣。五、總結(jié)與討論通過精心設(shè)計(jì)有限元分析理論應(yīng)用才能的實(shí)驗(yàn)課程與教學(xué)理論，通過復(fù)雜有限元建模，在先進(jìn)3D軟件、建模軟件和分析軟件的應(yīng)用、結(jié)果評(píng)價(jià)、誤差參數(shù)校準(zhǔn)修正以及與工程構(gòu)造嚴(yán)密結(jié)合等方面，對(duì)進(jìn)步機(jī)械工程研究生的動(dòng)手才能和解決實(shí)際復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算問題的才能有了較大的幫助。但綜