CAE技术在现代农用机械设计中的应用研究

CAE技术在现代农用机械设计中的应用研究

李嘉文

北京信息科技大学

[摘 要]CAE，属于我国在近几年现代化农用机械的设计领域中一种新型科学技术。农用机械，由于作业环境十分恶劣、有着较多的作业对象，对于CAE技术实践应用提出更高要求及标准，实践应用期间需要持续分析及完善优化。本文主要采用文献资料检索方法，先检索国内外与现代的农用机械化设计当中CAE技术应用相关的研究报告、学术论文、图书杂志、文集文章等等，对相关研究成果进行系统化地梳理及总结分析，并围绕着以现代的农用机械化设计当中CAE技术应用开展深入研究及探讨。本次课题研究可谓是横跨了农业、机械设计技术、数字化软件等各个领域，需运用到各种学科方法、基础理论及成果，并从整体入手综合研究本课题，以保证本次课题研究的客观性及精准性，望能够为今后各项关键技术的深入研究及有效应用提供指导。

[关键词]现代；农用机械；设计；CAE技术；应用；

前言：

在设计现代化农用机械期间，往往存在着各种问题现象，传统设计手段及技术实际操作期间通常会受经费、试验周期等各方面约束。而伴随着现代科学技术持续进步发展，计算机各种辅助技术被广泛应用至现代化农用机械具体设计当中，现代的农用机械化设计当中CAE技术的应用优势被日益凸显出来。对此，深入研究现代的农用机械化设计当中CAE技术应用，有着一定现实意义及价值。

CAE技术概述

概念

CAE，是计算机的辅助工程，主要是借助计算机系统来进行辅助求解各种复杂工程及产品结构的刚度、强度、弹塑性、三维多体的接触、热传导、动力响应、屈曲的稳定性等，属于近似数值的分析方法或者技术手段。早在20世纪的60年代，CAE技术便已经在工程领域实现有效应用，当前已经逐渐成为了工程及产品结构、力学分析重要的工具，涉及到土木结构、机械、航空航天等多个领域，尤其在现代化农业机械的设计领域，应用效果较为理想化^[1]。

核心技术

CAE核心技术以数学计算分析方法、有限元基础理论为主。有限元基础理论思想，即为把问题求解域合理划分成相应单元，由相应节点来连接各个单元；单元内部的点实际待求量，则是由单元的节点量经选定函数关系的插值求得。依据能量关系、平衡关系，建立起节点量方程式，代数总方程式则是由各个单元的方程所构成，计入到边界条件着很多与方程组的求解。

常用软件

现阶段，在国际上有较多大型CAE系统软件，接近于上百种，如NASTRAN、ADINA、ANSYS等。大部分软件系统均是通过FORTRAN来编写语言，系统功能较为完善，计算结果逐渐成为了工业产品的设计及性能分析重要依据。ANSYS系统软件，可与多个CAD系统软件实现接口，交换与共享数据，被有效运用至现代化农机设计当中；ADINA系统软件，属于大型CAE系统软件中的一个常用类型，是以有限元为基础通用的仿真分析系统平台，应用范围较为广泛，尤其被广泛应用在了现代化农机设计中；NASTRAN系统软件，属于开发虚拟产品的一个过程，具备着边界条件响应、载荷、给定材料产品结构评估等功能，在现代化农机设计当中应用的较为广泛^[2]。

应用研究

2.1 应用功能及流程

2.1.1 功能

①对农机产品的结构应力及变形等相关物理场量实施计算分析，获取到时间与空间方面物理场景总体分布，计算分析结构从线性、动力、非线性等；②优化设计农机产品整体结构及形状、工艺参数等，促使产品整体结构性能及工艺过程能够达到最优化的标准；③综合评价及估计农机产品整体结构使用寿命、可靠性及安全性；④针对于通过CAD的实体造型所设计农机机构及整机动力/运动学的仿真，确定整机与机构运动轨迹、动反力、速度及加速度等情况。

2.1.2 流程

现代的农用机械装置具体设计期间，CAE流程部分，其与其它相关工程领域当中CAE流程具有着一致性。构建有限元基础模型，需要通过具备强大功能CAD 系统软件，比如UG、MDT等，现代化农用机械装置设计，往往极具特殊性，比如农机大部分均需要行走于泥土当中，运行环境十分恶劣。农机的作业对象，也极具差异性，通常是不同农作物，在材料性能存在较大差异性。那么，怎样材能够才能够借助CAE 技术设计现代化的农用机械，对CAE 技术实操有着一定要求及标准^[3]。

2.2 具体应用

2.2.1 明晰化设计技术标准

CAE技术，它在各行业领域当中所占据优势地位是毋庸置疑的，但是，处于不同条件之下，它所能够发挥的作用可谓是具有着多样性。信息化时代背景下，CAE技术逐渐融合了机械化设计技术，促使农用机械市场竞争实力倍增，促使CAE技术得以持续升级及优化，一个良性的循环最终形成。然则，为能够在现代农用的机械化设计方面更为充分地发挥CAE技术的功能优势，务必要结合生产管理具体落实情况，分辨及判别生产过程，从种类、类别方面入手进行CAE技术的调整应用。那么，为达到这一效果，我国有关部门结合市场上的实际需求及农业实际生产情况，相继出台各项CAE技术操作规范，受各项规范约束之下，CAE技术得以转型升级，被更好地运用至现代的农用机械化设计当中

^[4]。

2.2.2 实现技术指导

伴随国内计算机科学技术持续进步发展，带动了CAE技术的进步发展，促使农业机械的设计难度逐渐降低。设计现代的农用机械期间，通过CAE技术的有效运用，能够促使设计操作难度降低，有效开展设计指导工作，如下是具体的表现：其一，CAE软件系统与通用软件内部可增设农用机械方面专用功能；其二，机械行业当中，CAE技术的应用价值被不断开发出来，成为农用机械不可缺少的设计工具，可促使现代的农用机械总体设计水平得到有效提升。个性化帮助之下，可实现高效化控制管理，严格依据各项管理标准，逐步完善化现有正处于运行状态所有仿真分析的设计系统，促使设计环节的类别符合更具清晰化，实现与界面系统管控的有效融合，提升总体的技术应用效果。结合现代化的信息技术类型与标准，依据技术指导，需要全面分析研究，以便于全面了解实际情况，实现高效化指导。而CAE技术，它便可以借助信息传递科学技术，对农用机械的设计难度及复杂程度予以简化处理，促使智能化的设计即可实现。

2.2.3 模态分析

农用机械实际运行期间往往有各种问题现象存在，为能够高效处理这些问题现象，要求技术借助多种实验分析方法开展深入研究，但往往会受时间及经费方面限制，大部分问题均未能够得到有效处理。那么，借助CAE技术，便可实现模态分析，借助相关专业的分析系统软件，在较短时间段内除了各种问题现象。联合式收割机内部减震的系统设计，就属于应用CAE技术开展现代的农用机械有效设计主要代表。联合式收割机实际运行期间，共振会破坏到电子装置，是广大技术员所普遍关注的重点分析，也是一大难题。经模态分析的专业化系统软件支持之下，通过对不同结构尺寸、振动频率优化对比分析，可实现工作频率及系统频率无法重合，达到最终的优化设计效果，凸显出了现代的农用机械化设计当中CAE技术利用价值。

结语

综上所述，以上是笔者查阅相关文献资料，并结合自身以往的实践经验，对于现代的农用机械化设计当中CAE技术应用所作出总结，可为今后CAE技术的利用及农用机械的设计实践工作提供指导。

[参考文献]

沈彦杰, 姜浩. CAE技术在机械工程设计中的应用[J]. 科技展望, 2017, 27(23)：141-142.

[2]李海亮, 胡军, 董升涛,等. 机械设计软件在我国农业机械方面的应用[J]. 安徽农业科学, 2014，33(21):124-125.

[3]王计新. 数字化设计技术及其在农业机械设计中的应用[J]. 农业开发与装备, 2019，33(05):168-169.

[4]李红伟, 孙洪霞, 刘昭. CAD/CAE技术在机械设计与模具设计中应用[J]. 冶金丛刊, 2018,19(10):328-239.