副標(biāo)題#e#    一、前言
   
    CAD(Computer Aided Design計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))的一個(gè)重要特征是提供了對(duì)新產(chǎn)品模型進(jìn)行分析、綜合與評(píng)價(jià)的數(shù)值求解方法。當(dāng)把設(shè)計(jì)對(duì)象描述為計(jì)算機(jī)內(nèi)部模型后，研究如何使產(chǎn)品達(dá)到性能要求、進(jìn)行新產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、性能預(yù)測(cè)、結(jié)構(gòu)分析仿真的數(shù)值求解方法稱為CAE(Computer Aided Experiment計(jì)算機(jī)輔助分析)，這種方法已成為CAD/CAM (Computer Aided Manufacturing計(jì)算機(jī)輔助制造)集成中不可缺少的工程計(jì)算分析技術(shù)。該技術(shù)中的核心計(jì)算方法是一種有效的數(shù)值分析方法一有限元分析。
   
    本文中要利用有限元分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的零件是聯(lián)軸部件〔圖1)中的連桿。聯(lián)軸部件是應(yīng)用在液壓氣動(dòng)自控部件中的一個(gè)組成部分，在外力作用下，連桿帶動(dòng)軸作周期轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)中推桿"聯(lián)軸部件之外的零件)始終與軸中間不規(guī)則截面部分保持接觸，使得推桿上下運(yùn)動(dòng)，從而控制電磁閥開、關(guān)的動(dòng)作。連桿為聯(lián)軸部件中傳遞外力的主要零件，材料為合金鋼，控制端在φA處與鍵及軸連接，承受外力在φB處。該零件的毛坯是鑄件。改進(jìn)前的結(jié)構(gòu)要保證連桿φA孔與其一側(cè)平面有較高的垂直度，才能確保聯(lián)軸部件中的連桿在帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)的過程中.側(cè)平面不會(huì)與端蓋接觸，造成轉(zhuǎn)動(dòng)不流暢的現(xiàn)象，同時(shí)，連桿作為一個(gè)傳動(dòng)零件，從經(jīng)濟(jì)性角度考慮，本身結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)靈巧一些。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)會(huì)不會(huì)影響在承受相同外力情況下零件的強(qiáng)度。這是本文利用有限元分析進(jìn)行連桿的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要部分，準(zhǔn)確地說，能否肯定新的結(jié)構(gòu)，有限元分析在零件的優(yōu)化設(shè)計(jì)中起到了至關(guān)重要的作用。
   

    二、有限元分析
   
    1有限元法的基本概念
   
    有限元法(Finite Element Method，簡(jiǎn)稱FEM)是一種數(shù)值離散化方法，根據(jù)變分原理求其數(shù)值解。因此適合于求解結(jié)構(gòu)形狀及邊界條件比較復(fù)雜、材料特性不均勻等力學(xué)問題能夠解決幾乎所有工程領(lǐng)域中各種邊值問題(平衡或定常問題、動(dòng)態(tài)或非定常問題)，如:彈性力學(xué)、彈塑性問題疲勞與斷裂分析、動(dòng)力響應(yīng)分析、流體力學(xué)、傳熱、電磁場(chǎng)等問題。
   
    有限元法的基本思想是:在對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和受力分析的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)加以簡(jiǎn)化，利用離散化方法把簡(jiǎn)化后的邊界結(jié)構(gòu)看成是由許多有限大小、彼此只在有限個(gè)節(jié)點(diǎn)處相連接的有限單元的組合體。然后，從單元分析人手，先建立每個(gè)單元的剛度方程，再用計(jì)算機(jī)對(duì)平衡方程組求解，便可得到問題的數(shù)值近似解。用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析步驟是:結(jié)構(gòu)和受力分析一離散化處理一單元分析一整體分析一引人邊界條件求解。