【正文】 數(shù)小時內(nèi)完成人們需要數(shù)月才能完成的編程工作。最可貴的是該系統(tǒng)已放到了互聯(lián)網(wǎng)絡上，世界各地的用戶可以在任何時候，任何地方，采用一臺計算機使用這一軟件。用戶只需給出他所要求解的有限元問題，就可得到全部的有限元程序，并且在其計算機上自動編譯運行，直至獲得他所要的計算結(jié)果。該系統(tǒng)已為美國、德國、加拿大等國家和地區(qū)及國內(nèi)40多個單位應用，并取得了巨大成果。 有限元分析的基本思想有限元法師數(shù)學、力學及計算機科學相互滲透、綜合利用的邊緣科學，是現(xiàn)代科學和工程計算方面最令人鼓舞的重大成就之一。其基本思想是將一個連續(xù)的實際結(jié)構(gòu)（彈性連續(xù)體）劃分為一組有限個、且按一定的方式相互連接在一起的單元的組合體進行研究。這些單元僅在節(jié)點處連接，單元之間的載荷也僅由節(jié)點傳送。這個把連續(xù)體劃分為離散結(jié)構(gòu)的過程成為有限元的離散化，也叫單元劃分。有限個的單元稱為有限單元，簡稱單元。利用離散而成的有限元集合體代替原來的彈性連續(xù)體，建立近似的力學模型，對該模型進行數(shù)值計算，通過對這些單元分別進行分析，建立其位移與內(nèi)力之間的關(guān)系，以變分原理為工具，將微分方程化為代數(shù)方程，再將單元組裝成結(jié)構(gòu)，形成整體結(jié)構(gòu)的剛度方程。離散后單元節(jié)點的設(shè)置、性質(zhì)和數(shù)目應根據(jù)問題的性質(zhì)、描述變形形態(tài)的需要和計算精度而定（一般情況下，單元劃分越細則描述變形情況越精確，即越接近實際變形，但計算量也越大）。所以有限元法中分析的結(jié)構(gòu)已經(jīng)不是原有的物體或結(jié)構(gòu)物，而是同樣材料的眾多單元以一定方式連接成的離散物體。這樣做的結(jié)果造成用有限元分析計算所獲得的結(jié)果只能是近似的。離散化是有限元法的基礎(chǔ)，必須依據(jù)結(jié)構(gòu)的實際情況，決定單元的類型、數(shù)目、形狀、大小以及排列方式，這樣做的目的是：將結(jié)構(gòu)分割成足夠小的單元，使得簡單位移模型能足夠近似地表示精確解，同時又不能太小，否則計算量很大。分析過程中首先從單元分析入手，確定單元內(nèi)的位移、應變、應力模式，并確定單元節(jié)點力與單元節(jié)點位移的關(guān)系，建立單元剛度矩陣。根據(jù)離散化結(jié)構(gòu)的連接方式，將各個單元剛度矩陣進行組集，得到反應整體結(jié)構(gòu)位移與載荷關(guān)系的總體剛度方程。通過求解該剛度方程可以得出各個單元的位移，再利用單元分析得到的關(guān)系可以求出單元應力及其應變?？梢姡邢拊治龅闹饕獌?nèi)容是：單元離散化、單元分析、整體分析。有限元法與傳統(tǒng)的力學方法有很大差別，正是這種差別，使得它能夠把許多難以求解的問題變的容易處理：（1）由于可任選單元體的形狀和尺寸，故可以：“組拼”出形狀復雜的機械零件。在做應力分析時，無需對零件的幾何形狀作過多的簡化，從而提高了解題精度，擴大了可解的范圍；（2）對于應力集中區(qū)可以減小單元體尺寸來細加考慮；（3）對于各種復雜類型的外載荷都可以采取適當?shù)姆椒▽⑵浞峙渲凉?jié)點處來計算；（4）易于解決有初應力、熱應力的問題；（5）易于處理材料的不均勻性，對各向異性材料也可求解；（6）可以解決材料的非線性和結(jié)構(gòu)的非線性問題；（7）采用大型的通用有限元程序，可一次計算大型復雜結(jié)構(gòu)的應力、位移、震動和穩(wěn)定性。由于計算機求解方程組的能力非常強大，構(gòu)造模型又非常準確，因而有限元法在計算機上使用極為普遍。有限元方法計算精度高，速度快，可縮短設(shè)計試制周期和降低成本。目前，優(yōu)秀的繪圖系統(tǒng)軟件都配有有限元分析程序窗口。當圖形繪制完畢，可立即進行網(wǎng)絡劃分，并進行強度計算。通過不斷修改圖形和反復計算，能夠使設(shè)計質(zhì)量大幅度提高。有限元法可用于各種模擬和分析方法中，在固體力學、流體力學、機械工程、土木工程、電器工程等領(lǐng)域得到了廣泛應用。由于其所涉及問題和算法基本上都是來源于工程實際，應用于工程中，其解決工程實際問題的能力愈來愈強。在汽車領(lǐng)域，有限元法可用于建立汽車結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的震動模型，還可以用于設(shè)計的剛度與變形分析、設(shè)計的應力與疲勞分析、碰撞模擬和塑性變形分析等。 有限元分析基本過程應用有限元法求解彈塑性問題的分析過程，概括起來可以分為以下幾個步驟：（1）結(jié)構(gòu)離散化結(jié)構(gòu)離散化就是將結(jié)構(gòu)分成有限個小的單位體，單元與單元、單元與邊界之間通過節(jié)點聯(lián)接。結(jié)構(gòu)的離散化關(guān)系到計算精度與計算效率，結(jié)構(gòu)離散化處理主要包括3個方面內(nèi)容：單元類型選擇、單元劃分、節(jié)點編碼。（2）單元特性分析分析得到單元節(jié)點力與節(jié)點位移之間的力學關(guān)系，建立計算單元剛度矩陣。實體單元的剛度矩陣需要先假設(shè)單元內(nèi)部的位移差值模式，由變分原理(最小勢能原理)導出。（3）結(jié)構(gòu)分析有限元法的基本原則之一就是滿足相鄰單元在公共節(jié)點上的位移協(xié)調(diào)條件，于是，相鄰單元在公共節(jié)點對應位移自由度上的剛度系數(shù)被疊加到一起，共同抵抗公共節(jié)點的變位。其具體處理形式為：在一個機構(gòu)總體剛度矩陣中單元剛度矩陣元素之間的分塊疊加。與之相應的，所有節(jié)點載荷也按照結(jié)構(gòu)中的節(jié)點編號次序組成結(jié)構(gòu)的節(jié)點載荷列向量，建立起整個機構(gòu)的所有節(jié)點載荷與節(jié)點位移之間的關(guān)系，即結(jié)構(gòu)的總體剛度方程，其系數(shù)矩陣即結(jié)構(gòu)總體的剛度矩陣。（4）引入邊界條件在總體剛度方程中引入邊界條件，通過邊界約束條件的施加，排除了系統(tǒng)發(fā)生整體剛性位移的可能性，使得在一定載荷作用下結(jié)構(gòu)位移可以唯一的確定。（5）求解線性方程組通過各種線性代數(shù)方程組的求解方法求得方程組的解，即得到結(jié)構(gòu)各個節(jié)點的位移。方程組的解法主要有兩種：直接解法和迭代解法。在世界應用中，直接解法是目前最有效的解法。目前所用的最有效的直接求解法基本上屬于高斯除去法的應用。單元內(nèi)部任一點的位移通過節(jié)點位移插值得到，而應變、應力等量可通過位移導出。（6）后處理與計算結(jié)果的評價得到節(jié)點位移后，可進一步得到應變、應力等量，并進行結(jié)果的可視化后處理，進行各種物理量的圖形及動畫顯示等實用操作。 ADNIA軟件介紹ADINA是全球功能最為強大、技術(shù)最為領(lǐng)先的非線性及多物理場耦合求解商業(yè)程序系統(tǒng)，其分析類型包括結(jié)構(gòu)、T分析、F分析、TMC分析、FSI分析，其中FSI（流固耦合）分析是全球功能最強大的。ADINA分析過程包括3個主要的步驟：(1)創(chuàng)建有限元模型① 創(chuàng)建或輸入有限元模型。② 定義材料屬性。③ 劃分網(wǎng)格（產(chǎn)生節(jié)點及單元）。④ 定義單元節(jié)點屬性。(2)施加荷載并求解① 施加荷載。② 設(shè)定約束條件。③ 求解。(3)查看結(jié)果①查看分析結(jié)果。②檢驗結(jié)果。 靜力分析因為液壓缸在不同的工作環(huán)境下受到不同類型的力作用從而產(chǎn)生許符合變形，本文只討論液壓缸的缸筒和缸桿在應變和彈性能下的變形狀態(tài)，首先創(chuàng)建缸筒的有限元模型，定義缸筒的材料屬性，劃分缸筒的網(wǎng)格，如圖51所示。 圖51 缸筒網(wǎng)格然后對缸筒加荷載，設(shè)定約束條件，計算。分析缸筒可以承受的最大載荷，如圖52和圖53所示。圖52缸筒的應力變形圖53 缸筒靜力分析缸桿與缸筒的操作相同，先創(chuàng)建缸桿的有限元模型，定義缸桿的材料屬性，劃分缸桿的網(wǎng)格，如圖54所示。圖54 缸桿網(wǎng)格然后對缸桿加荷載，設(shè)定約束條件，計算。分析缸桿可以承受的最大載荷，如圖55和圖56所示。圖55 缸桿的靜力分析圖53 缸桿的應力變形 總結(jié)與分析通過上面對缸桿和缸筒應力變形圖可以得知，缸筒內(nèi)側(cè)受力較大，活塞桿的斷面受力較大，但是并沒有超出材料的屈服極限，所以本次設(shè)計的液壓缸的缸筒和活塞桿符合本次系統(tǒng)設(shè)計的工作條件。第6章 沖床液壓站成本估算統(tǒng)計 元件明細名稱規(guī)格數(shù)量單價（元）合計（元）備注柱塞泵GFZB61900900上海氣動技術(shù)研究所空氣濾清器PAFBH25F1200200中國黎明液壓有限公司過濾器RF60101450450中國黎明液壓有限公司液位液溫計XYW2001150150中國黎明液壓有限公司壓力表YN601270270北京華德液壓工業(yè)集團有限公司單向閥S20P1B1150150北京華德液壓工業(yè)集團有限公司溢流閥DZC1023021XY1450450北京華德液壓工業(yè)集團有限公司比例閥DLHZORTE4145004500Atos公司電磁換向閥22D210BH1240240北京華德液壓工業(yè)集團有限公司液控換向閥WHNG10C21230230北京華德液壓工業(yè)集團有限公司蓄能器1800800上海立新液壓件廠聯(lián)軸器YL61160160樂清市樂特機械工程有限公司 液壓站報價明細序號報價項目價格（元）備注1元件費87702材料費20003加工費20004管路內(nèi)外處理費10005管路及接頭10006組裝實驗費15007調(diào)試及服務費30008設(shè)計費30009管理費50010稅費100011利潤5000總計28770結(jié) 論本文設(shè)計主要研究了沖床液壓系統(tǒng)。采用了比例換向閥，利用它的高頻響應來實現(xiàn)快速換向；為實現(xiàn)液壓缸的快速運動，系統(tǒng)中采用了差動連接快速運動油路。在明確了油源設(shè)計要求后，完成了沖床液壓系統(tǒng)油源的設(shè)計，總結(jié)了油源設(shè)計需要注意的設(shè)計準則，并在油源設(shè)計時，為了清洗方便，將清洗蓋設(shè)計成了四個，前面兩個，后面兩個，在設(shè)計閥塊時，將閥裝在了一個閥塊上，再將閥塊底座與油箱蓋連接上，使其節(jié)省了空間。本文在對液壓缸設(shè)計的同時，為保證液壓缸的缸筒和缸桿滿足工作條件對其進行了液壓缸缸桿和缸筒的靜力分析和應力變形分析，其結(jié)果滿足工作條件。致 謝本文是在姜繼海教授的悉心指導下完成的，在你畢業(yè)設(shè)計這段期間，導師嚴謹?shù)闹螌W精神、精益求精的工作作風，平易近人的品質(zhì)及獨到的見解，深深的激勵著我，同時也讓我學習到了很多。本課題承蒙沈陽中之杰流體傳動控制有限公司的幫助和支持，得到很多專業(yè)的前輩指點，特此致謝。感謝實驗室全體老師和同窗們的熱情幫助和指導，感謝張健等師兄對我們悉心的幫助和指導。通過此次畢業(yè)設(shè)計，我對沖床液壓系統(tǒng)設(shè)計有了更加深刻的了解，在設(shè)計中，學到了很多實踐性的東西，并且此次畢業(yè)設(shè)計還讓我學會了如何進行論文格式的編排，如何協(xié)調(diào)可以利用的資源等。參考文獻[1] 劉延俊, 關(guān)浩, 周德繁. 液壓與氣壓傳動[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007[2]許賢良， [M].北京:國防工業(yè)出版2011,(08):[3] 姜繼海. 液壓傳動[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社（第4版）, 2010[4] 王守城, 段俊勇, 液壓元件及選用[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2007[5] 毛平淮, 侯波, 壓力機床液壓系統(tǒng)[J]. 液壓與氣動, 2005,( 12):[6] 畢龍, 沖床液壓系統(tǒng)可靠性分析[J].液壓與氣動, 2011,(08): 左建民, 液壓與氣壓傳動[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2007[7] 姜繼海, 宋錦春, 高常識. 液壓與氣壓傳動[M]，北京：高等教育出版社，2009[8] 李松晶, 王清巖. 液壓系統(tǒng)經(jīng)典設(shè)計實例[M], 北京: 化學工業(yè)出版社, 2012[9] 張利平, 液壓傳動設(shè)計指南[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2009[10] 中國機械工程學會職工高等教育專業(yè)學會. 液壓傳動[M]. 北京: 北京科學技術(shù)出版社, 1988[11] 李松晶, 叢大成, 姜洪州. 液壓系統(tǒng)原理圖分析技巧[M], 北京: 化學工業(yè)出版社, 2009[12] 李松晶, 向東, 張瑋. 液壓氣動系統(tǒng)原理圖[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2013[13] 陳嵩. 液控單向閥在液壓系統(tǒng)中的應用 [J].鄂鋼科技., 2009,(01):[14] 胡臻, 聶松林, 劉衛(wèi), 胡志, 威阮俊, 基于大中取小遺憾判據(jù)的液壓系統(tǒng)過濾器優(yōu)化配置的研究[J].液壓與氣動2011,(02):[15] 吳宗澤，機械設(shè)計師手冊上冊 [J]機械工業(yè)出版社2002,（01）[16] 吳宗澤，機械設(shè)計師手冊下冊 [J]機械工業(yè)出版社2002,（01）