【正文】 切削機(jī)床這類機(jī)械產(chǎn)品的剛性問題，屬于小變形彈性問題，因而彈性力學(xué)中的最小位能原理提供了極大的方便。它將求解域看成是由許多稱為有限元的 小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的 (較簡(jiǎn)單的 )近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)域總的滿足條件 (如結(jié)構(gòu)的平衡條件 )，從而得到問題的解。 有限元方法與其他求解邊值問題近似方法的根本區(qū)別在于它的近似性僅限于相對(duì)小的子域中。有限元求解問題 的基本步驟通常為 : 第一步 :問題及求解域定義 根據(jù)實(shí)際問題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。 第四步 :單元推導(dǎo) 對(duì)單元構(gòu)造一個(gè)適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元坐標(biāo)系，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣 (結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱剛度陣或柔度陣 )。 第五步 :總裝求解 將單元總裝形成離散域的總矩陣方程 (聯(lián)合方程組 )，反映對(duì)近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要 滿足一定的連續(xù)條件。求解結(jié)果是單元結(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。后處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡(jiǎn)便提取信息，了解計(jì)算結(jié)果 2． 2 有限元法的程序?qū)崿F(xiàn) 從使用有限元程序的角度來講，有限元分析可分為前處理、計(jì)算和后處理三大步。計(jì)算是在形成總剛度方程和約束處理后求解大型聯(lián)立方程組、最終得到節(jié)點(diǎn)位移的過程。 美國(guó) Unigraphics Solutions 公司 (簡(jiǎn)稱 UGS )的產(chǎn)品主要有為機(jī)械制造企業(yè)提供包括設(shè)計(jì)、分析到制造應(yīng)用的 Unigraphics(簡(jiǎn)稱 UG )軟件，基于 Windows 的設(shè)計(jì)與制圖產(chǎn)品 solidedge，集團(tuán)級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) iMAN、產(chǎn)品可視化技術(shù)ProductVision 以及被業(yè)界廣泛使用的高精度邊界表示的實(shí)體建模核心 parasolid在內(nèi)的產(chǎn)品。 UGS 公司進(jìn)入中國(guó)已經(jīng)有 16 個(gè)年頭了，在中國(guó)的業(yè)務(wù)有了很大的發(fā)展，中國(guó)己成為遠(yuǎn)東業(yè)務(wù)增長(zhǎng)最快的國(guó)家。 UG為最好的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件包括一個(gè)靈活的復(fù)合建模模塊以及功能強(qiáng)大的逼真照相的渲染，動(dòng)畫和快速的原型工具，復(fù)合建模讓用用戶可在建模方法中選擇 。 ? 片體和實(shí)體集成 1．縫合片體到實(shí)體； 2．分割和修剪實(shí)體允許轉(zhuǎn)換片體形狀到實(shí)體； 3．從實(shí)體表面抽取片體。 ? 倒圓和倒角 1．固定和可變的半徑倒圓； 2．能夠倒角任一邊緣； 3．設(shè)計(jì)的徒峭邊緣倒圓不適合完全的倒圓半徑但仍然需要倒圓。 片體建模完全與實(shí)體建模集成并允許自由形狀獨(dú)立建立之后作用到實(shí)體設(shè)計(jì)。 2．操縱自由形狀 可以編輯定義的參數(shù)；數(shù)學(xué)參數(shù) (如 rho 或公差 )及構(gòu)造幾何體可以重定義；通過下列任一方式直接操縱自由形狀∶控制多邊形、改變 曲面階數(shù)、曲面上點(diǎn)、邊緣 [23]。例如，如果您在高級(jí)仿真中創(chuàng)建網(wǎng)格或解法，則指定您將要用于解算模型的解算器和您要執(zhí)行的分析類型。 * 高級(jí)仿真的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很有特色，例如具有獨(dú)立的仿真文件和 FEM 文件，這有利于在分布式工作環(huán)境中開發(fā) FE 模型。高級(jí)仿真支持補(bǔ)充完整的單元類型（ 1D、 2D 和 3D）。 * 高級(jí)仿真中專門包含有新的 NX 熱解算器和 NX 流解算器。它允許分析員執(zhí)行穩(wěn)態(tài)、不可壓縮的流分析，并對(duì)系統(tǒng)中的流體運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)流率和壓力梯度。 及 MSC 的相關(guān)產(chǎn)品擁有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)管理，一旦用戶需要可方便地進(jìn)行模塊或解題規(guī)模擴(kuò)充，不必有任何其他的擔(dān)心。 此分析考慮結(jié)構(gòu)的慣性作用，可計(jì)算無約束自由結(jié)構(gòu)在靜力載荷和加速度作用下產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)響應(yīng)。在算法上， 特征值抽取算法可精確地判別出相應(yīng)地失穩(wěn)臨界點(diǎn)。 全面的 動(dòng)力學(xué)分析功能包括：正則模態(tài)及復(fù)特征值分析、頻率及瞬態(tài)響應(yīng)分析、（噪）聲學(xué)分析、隨機(jī)響應(yīng)分析、響應(yīng)及沖擊譜分析、動(dòng)力靈敏度分析等。要想更精確地仿真實(shí)際問題，就必需考慮材料和幾何、邊境和單元等非線性因素。類似地，非線性分析還可解決蠕變問題，這點(diǎn)對(duì)于高聚合塑性和高溫環(huán)境下的結(jié)構(gòu)件尤為有用。用戶可通過改變發(fā)熱元件的位置、提高散熱手段、或絕熱處理或用其它方法優(yōu)化產(chǎn)品的熱性能。眾所周知的飛機(jī)、直升機(jī)、導(dǎo)彈、斜拉橋及至高聳的電視發(fā)射塔、煙囪等需要?dú)鈩?dòng)彈性方面的計(jì)算。 8．多級(jí)超單元分析 超單元分析主要是通過把整體結(jié)構(gòu)分化成很多小的子部件來進(jìn)行分析，即將結(jié)構(gòu)的特征矩陣 (剛度、傳導(dǎo)率、質(zhì)量、比熱、阻尼等 )壓縮成一組主自由度類似于子結(jié)構(gòu)方法，但較其相比具有更強(qiáng)的功能且更易于使用。 多級(jí)超單元分析是 的主要強(qiáng)項(xiàng)之一，適用于所有的分析類型，如線性靜力分析、剛體靜力分析、正則模態(tài)分析、幾何和材料非線性分析、響徹云霄應(yīng)譜分析、直接特征值、頻率響應(yīng)、瞬態(tài)響應(yīng)分析、模態(tài)綜合分析 (混合邊界方法和自由邊界方法 )、設(shè)計(jì)靈敏度分析、穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)、線性、非線性傳熱分析等。 并行計(jì)算以及線性靜力，正則模態(tài)分析，模態(tài)及直接頻率響 應(yīng)分析的分布式并行計(jì)算極大地提高分析速度，復(fù)特征值問題速度提高 3 倍以上，虛擬質(zhì)量計(jì)算速度提高 2 倍以上，靜力氣彈分析 (SOL144)速度提高 30%以上 [24] 4 車架三維模型的建立 車架的模型是用 CAD 繪圖軟件 UG 建立的。如圖： 圖 縱梁前端 圖 縱梁的整體形狀 由于采用的是三位投影的逆向操作的到的交線，即縱梁的外沿線，生成的空間曲線有兩個(gè)片體相交的到，則該曲線必然連貫。然后再用邊倒角導(dǎo)出形狀，支架的形狀便出來了。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的橫梁，則需要在鈑金狀態(tài)下做出草圖，形成薄板。 圖 橫梁托架 4． 4 完成模型 把所有繪圖中使用的曲線和平面都移到一個(gè)不用的圖層，并將之隱藏。如果結(jié)構(gòu)離散化得恰當(dāng)，單元位移因數(shù)選取得合理，隨著單元逐步縮小，近似解將收斂于精確解。其優(yōu)點(diǎn)是：劃分的單元數(shù)目和節(jié)點(diǎn)數(shù) 目少，計(jì)算速度快而且模型前處理工作量不大，適合初選方案。這種模型使得對(duì)車架的 分析計(jì)算更為精確，能為車架設(shè)計(jì)提供更為有利的幫助。根據(jù)是否考慮接頭的真實(shí)形狀，邊粱式車架的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法可分為兩大類： 1)不考慮接頭形狀 有最小變形能法、 Erz 法、傳遞矩陣法和空間梁有限元法。且計(jì)算的前后處理工作量大；混合法是交替使用了有限元和矩陣立法。通過分析可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論： 1)乘員和車架，貨箱和車架之間的作用力是以集中力的形式傳遞的； 2)貨箱和車架共同承受彎曲載荷，貨箱承受能力與貨箱剛度有關(guān)。為使薄板離散體系能較好地反映真實(shí)車架的變形情態(tài)，其相鄰單元各節(jié)點(diǎn)應(yīng)滿足變形連續(xù)條件。 6． 2 邊界條件的處理 由于輪胎剛度很大，可將它看成是剛性的，忽略它對(duì)結(jié)構(gòu)分析的影響。 按照以上約束條件得到的部分單元的車架有限元模型和全部單元的車架有限元模型如圖 和圖 所示。 3)零部件試驗(yàn) 該試驗(yàn)主要考核其設(shè)計(jì)和工藝的合理性 ,測(cè)試其剛度、強(qiáng)度、磨損和疲勞壽命 ,研究材料的選擇是否合理。應(yīng)變片不僅能夠測(cè)量應(yīng)變 ,而且對(duì)于任何物理量 ,如力、轉(zhuǎn)矩、 壓強(qiáng)、位移、溫度及加速度 ,只要能夠設(shè)法變?yōu)閼?yīng)變的相應(yīng)變化 ,都可以利用對(duì)應(yīng)的應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量 ,所以它在測(cè)試中應(yīng)用特別廣泛。其中預(yù)調(diào)平衡箱對(duì)每片應(yīng)變片進(jìn)行預(yù)平衡處理 ,消除非車架變形產(chǎn)生的應(yīng)變 ,進(jìn)而通過靜態(tài)電阻應(yīng)變儀 ,讀出應(yīng)變片在車架變形作用下 的應(yīng)變 [27]。 2)為保證測(cè)量精度，采用單片測(cè)量方法（另設(shè)補(bǔ)償片）。 金屬膠基電阻應(yīng)變片：規(guī)格 310? ，阻值為 ?120 ，靈敏系數(shù)為 ?K ，邢臺(tái)金力傳感元件廠生產(chǎn) 接線端子：邢臺(tái)金力傳感元件廠生產(chǎn) 應(yīng)變儀型號(hào)： YJD—— 1 型（具有靈敏系數(shù)補(bǔ)償功能），上海華東電子儀表廠生產(chǎn) 平衡箱型號(hào)： P20R1 型，上海華東電子儀表廠生產(chǎn) (5)感應(yīng)式標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變發(fā)生儀： DBYM—— 1 型，廣東省科學(xué)院試驗(yàn)儀器廠 動(dòng)力總成質(zhì)量（不包括車架）： 220Kg； 車身重量： 650Kg； 乘員重量： 325Kg； 貨箱重量： 300Kg； 6． 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的對(duì)比 為驗(yàn)證有限元模型的正確性，對(duì)車架進(jìn)行了靜態(tài)彎曲強(qiáng)度測(cè)試。如圖 紅色代表應(yīng)變片的位置，表1 和表 2 分別列出了在彎曲和彎扭工況下計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)值。上述誤差都可以造成有限元理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果之間的差異。 基于上述考慮，有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間不可避免地存在有誤差。 滿載時(shí)作用于車身結(jié)構(gòu)的載荷分別處理為：結(jié)構(gòu)自重、各裝備重量、乘客重量。 (2)彎扭工況：車架遭受較劇烈的扭轉(zhuǎn)工況、一般是當(dāng)汽車以低速通過崎嶇不平路面時(shí)發(fā)生的。此外，在一些支架與縱梁連接處應(yīng)力較大，分別位于以下各點(diǎn)： 后鋼板彈簧 前支撐處： 166Mpa； 前鋼板彈簧后支撐與縱梁相交處： 127Mpa； 第一支架與縱梁連接處： ； 彎曲工況的相關(guān)圖示如下 : 圖 彎曲工況下車架位移約束條件 圖 彎曲工況 —— 車身載荷分布 圖靜載荷彎曲工況 —— 車架應(yīng)力分布云圖 圖靜載荷彎曲工況 —— 車架位移分布云圖 圖動(dòng)載荷車架彎曲位移分布云圖 圖動(dòng)載荷車架彎曲應(yīng)力分布云圖 車架在滿載、靜態(tài)、單輪懸空其他三輪水平狀態(tài)下，此時(shí)車架會(huì)承受較大的扭轉(zhuǎn)力矩。介紹了有限單元的形成 ,有限元法的基本思路 ,有限元法的計(jì)算步驟和有限元基本原理及公式。最后簡(jiǎn)單介紹了有限元法的應(yīng)用。 本課題首先采用應(yīng)變片測(cè)試技術(shù)對(duì)車架進(jìn)行了應(yīng)變測(cè)量實(shí)驗(yàn) ,得到了實(shí)際的數(shù)據(jù)。因此用板殼單元對(duì)該車架進(jìn)行離散 , 建立有限元模型。對(duì)于邊界條件的處理 ,由于輪胎剛度很大，可忽略它對(duì)結(jié)構(gòu)分析的影響，將它看成是剛性的。 對(duì)于載荷的處理 ,在滿載時(shí)作用于車身結(jié)構(gòu)的載荷分別處理為：結(jié)構(gòu)自重、各裝備重量、乘客重量。 參考文獻(xiàn) 1. 周中堅(jiān) ,盧耀祖 .機(jī)械與汽車結(jié)構(gòu)的有限元分析 .上海：同濟(jì)大學(xué) , 1997 2. 龔培康 .汽車 拖拉機(jī)有限元法基礎(chǔ) .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1995 3. 馬秋成 . UG CAE 篇 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 4. 殷小霖 . 基于有限元法的車架輕量化設(shè)計(jì) :[碩士學(xué)位論文 ],武漢 :武漢理工大學(xué) ,2021 5. Hillier,.,and Iieberman,.,Introduction to operations pesearch,6th ed..New York,McGrawHi11,1995， 21～ 24 6. 周建興 . 客車車身整體骨架強(qiáng)度與局部應(yīng)力集中分析 :[碩士學(xué)位論文 ],武 漢 :武漢理工大學(xué) ,2021 7. 閆振華。 “三嚴(yán)三實(shí)”第三次專題學(xué)習(xí)研討會(huì)，是按照中央指示精神和集團(tuán)公司黨組統(tǒng)一部署開展的重要會(huì)議，旨在通過扎實(shí)推進(jìn)專題學(xué)習(xí)教育，與抓巡視整改相結(jié)合，轉(zhuǎn)變認(rèn)識(shí)，謀劃發(fā)展。 第一，專題學(xué)習(xí)研討，準(zhǔn)備充分，很務(wù)實(shí)。大家要化“三嚴(yán)三實(shí)”精神為改革發(fā)展的行動(dòng)，不斷在通信領(lǐng)域加強(qiáng)事業(yè)部的活力、控制力和影響力。 第三，規(guī)劃做好，事業(yè)才能扎扎實(shí)實(shí)地往前發(fā)展。 改革的步伐要加快，站位、卡位的步伐也要加快，如科技創(chuàng)新體系建設(shè)、資源整合和布局，以及黨的建設(shè)、思想文化建設(shè)。 針對(duì)中科芯（ 58 所）下一步工作和發(fā)展，樊友山提出四方面要求： 一是以“三嚴(yán)三實(shí)”專題教育為契機(jī)，全面加強(qiáng)黨的建設(shè)，把紀(jì)律和規(guī)矩挺在前面，從而端正作風(fēng)，凈化思想意識(shí)，凝聚廣大干部職工的智慧和力量。要全力以赴抓好智慧中科芯園區(qū)建設(shè)，通過以智慧中科芯園區(qū)建設(shè)為試點(diǎn)，探索集團(tuán)公司信息化建設(shè) 版，真正實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)、協(xié)同發(fā)展；為集團(tuán)公司物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展 模式提供探索，形成整體的基于中國(guó)制造 202“互聯(lián)網(wǎng) +”的智慧運(yùn)作區(qū)域；要思考出基于互聯(lián)網(wǎng)概念的運(yùn)作模式，滿足可互動(dòng)、可體驗(yàn)、可展示的要求。 寶鋼舉行黨委中心組“三嚴(yán)三實(shí)”第三次專題學(xué)習(xí)研討 “嚴(yán)以用權(quán)，首先要弄清楚權(quán)力是誰賦予的，權(quán)力要有約束，有權(quán)不能任性。圍繞嚴(yán)以用權(quán)，寶鋼集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)班子成員結(jié)合寶鋼當(dāng)前的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)現(xiàn)狀、分管工作實(shí)際和個(gè)人思想作風(fēng)實(shí)際，深入研討如何用好手中的權(quán)力，推動(dòng)寶鋼二次創(chuàng)業(yè)。第三次專題學(xué)習(xí)研討的主題是：嚴(yán)以用權(quán)，真抓實(shí)干，實(shí)實(shí)在在 謀事創(chuàng)業(yè)做人，樹立忠誠(chéng)、干凈、擔(dān)當(dāng)?shù)男滦蜗?，?jiān)持敢于擔(dān)當(dāng)?shù)穆穆殰?zhǔn)則，解決“肩膀過硬”問題。調(diào)查報(bào)告顯示，大多數(shù)基層員工認(rèn)為所在單位能夠按照“ PDCA+認(rèn)真”要求，將“三嚴(yán)三實(shí)”專題教育做扎實(shí)、做細(xì)致、做到位。希望領(lǐng)導(dǎo)能以身 作則，多一點(diǎn)鼓勵(lì)、指導(dǎo)，少一點(diǎn)形式主義，能融入群眾之中，共同面對(duì)問題、解決問題。嚴(yán)以用權(quán)，必須要畏權(quán)如用火。這不僅是工作方法問題，更是執(zhí)政能力、執(zhí)政水平和黨性修養(yǎng)的體現(xiàn)。不能為官不為。陳德榮表示，要充分發(fā)揮表率作用，始終保持攻堅(jiān)克難的勇氣，正視問題不回避、承擔(dān)責(zé)任不推諉、直面矛盾不上交，嚴(yán)以用權(quán)，敢于擔(dān)責(zé)、干事創(chuàng)業(yè)，團(tuán)結(jié)領(lǐng)導(dǎo)班子成員，在深化國(guó)企改革的大背景下，積極應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的市場(chǎng)形勢(shì)，激發(fā)廣大干部群眾干事創(chuàng)業(yè)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性。周竹平結(jié)合自己分管的工作和寶鋼實(shí)際，對(duì)寶鋼深化改革和規(guī)劃工作的認(rèn)識(shí)和初步設(shè)想作了闡述。領(lǐng)導(dǎo)干部要始終想到手中的權(quán)力是人民賦予的，要始終把公司利益、員工利益放在第一位。領(lǐng)導(dǎo)干部對(duì)手中的權(quán)力要始終保持如履薄冰的謹(jǐn)慎，堅(jiān)決守住干凈為官的底線。通過“