1.3 三维实体建模发展现状

随着计算机技术的发展和计算机的普及，出现了三维实体建模技术与虚拟技术。三维 模型具有形象立体、便于修改和观察等优点，使设计师省去了繁琐的校核过程，可以直接 从三维实体的角度出发，将设想的零件直接利用三维实体建模软件绘制成数字化的三维图 形来代替二维的手工绘图，还可以直接通过三维软件进行仿真来分析设计方案的可行性与 可靠性，简化了设计流程，极大地缩短了设计周期[4,5]。

传统的三维设计软件在绘图时通过给定确定的尺寸值来绘制相应的几何形状，若绘制 有错则必须重画，十分繁琐且效率低下。随着计算机技术的突飞猛进，相继出现了许多能 够进行参数化建模的三维实体设计软件，不仅功能强大且交互界面更加人性化，设计人员 可以直接在软件中修改几何参数来直接改变图形特征，由于大多数设计工作都是在原有设 计的基础上修改部分尺寸的参数，参数化建模可以使得这些可变的设计参数可以随设计要

第 2  页 本科毕业设计说明书 求的改变自动改变，减少了大量的重复劳动。同样，在装配设计中也可以通过定义相应的 参数来定义装配体的装配关系。随着参数化建模的发展与完善，我们还可以通过改变参数

对设计结构进行优化，比如对重要零件上的尺寸参数进行分析，得到最佳截面，达到节省 材料、优化设计的目的。

1.4 有限元法

有限元法是以弹性力学和计算数学等理论为基础的一种现代数值计算方法[6]。有限元 的思想是把待分析的实体离散成有限个单元，相邻单元之间通过节点连接，通过在节点处 添加载荷以及定义自由度，以此来近似求得相应连续实体的解。虽然利用有限元法得到的 是近似解，但随着计算机运算速度的不断提高，有限元求解的精度也能够越来越逼近实际 值，理论上有限元法可以求解具有各种几何形状、各种边界条件和各种材料属性的问题。 因此有限元法的应用范围广泛，成为从事工程设计人员的常用软件。

有限元法或者说离散化思想最早可追溯到二十世纪四十年代，一位学者采用分片连续 函数来研究扭转问题；五十年代中期，Turner、Claugh 等人结合弹性理论，对三角形单元 的特性做了研究，第一次提出了直接刚度法，并解决了平面应力问题；之后，他们又用有 限元法结合计算机解决了复杂平面问题；随后 Claugh 又继续深入分析了平面弹性问题； 二十世纪七十年代后，随着计算机技术的发展，有限元法在各工程领域的应用也被广泛挖 掘，有限元法从理论上给出了形函数的选择和单元划分的原则，对数值计算方法及相应的 误差、稳定性和收敛性问题做出了研究，处理问题的能力有了极大的提高[7-9]。

如今大量的有限元计算软件如 ABAQUS、ANSYS 等已在各领域被广泛地运用，极 大地提高了分析能力与效率。

1.5 本课题主要任务

本次毕业设计的目的是利用所学的机械设计方面的知识的同时借助于 CAD 软件系统进 行缓冲器实验装置的结构方案设计，并对该实验装置的设计方案在 ABAQUS 中进行有限元分 析。

首先进行缓冲器实验装置的零件设计：首先设计基座部分；基座设计完成后进行的滑轨 的设计和选型；然后根据相关要求，设计质量不小于 200kg、运动距离为 0~50mm 的运动部 件以及运动部件与缓冲器之间的连接部件，即缓冲器的支架；最后，对实验过程进行计算机 仿真分析并对其进行评估。