CAE技术在农业机械中的应用
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现代农业科技２０１１年第１５期 农业基础科学
ＣＡＥ技术在农业机械中的应用
周翔
（贵州省遵义市红花岗区农业机械技术推广站，贵州遵义５６３０００）
摘要对ＣＡＥ概念进行了简单论述，并介绍了几种常见的ＣＡＥ软件，在此基础上论述了ＣＡＥ技术在农业机械中的应用情况，主要是
针对其在农业机械中的基本应用功能及操作流程。
关键词ＣＡＥ；农业机械；应用；功能；操作流程
中图分类号ＴＱ３２０．６６２ 文献标识码Ａ 文章编号１００７—５７３９（２０１１）１５—００４７—０１
ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）就是指利用计算机作 为辅助的求解手段，对较为复杂的工程及产品的结构强度、
刚度、热传导、屈曲稳定性、动力响应、三维多体接触及弹塑 性等多种力学性能进行分析、计算，在此基础上对相关的结
构进行性能上的优化的一种数值分析方法。其中，ＣＡＥ技术 的核心即为有限元理论及数值分析方法【“。有限元理论的核 心思想是将问题的求解域离散成为若干个有限的单元。单 元与单元之间是通过节点进行连接的，而且单元之间的相 互作用是通过节点作用的。同时，单元内部的待求量是通过
首先设定试探函数，用试探函数去逼近单元，然后通过线性 插值而得到的。根据物理平衡关系及能量转换关系建立起 各个单元的方程组，然后利用约束条件求解出相应的解。 １几种常用的ＣＡＥ软件
目前，面向工程的ＣＡＥ软件较多，经常使用的软件主
要有ＡＮＳＹＳ、ＡＤＩＮＡ、ＮＡＳＴＲＡＮ等，这些软件的分析模块较
为完整，随着性能的不断完善，已经基本能够满足各类工业 产品设计当中的工程分析的需求。ＡＮＳＹＳ软件是由美国
ＡＮＳＹＳ公司开发的，它能够与绝大部分的ＣＡＤ软件实现数 据的共享及交换。是一款非常经典的ＣＡＥ软件，广泛地运 用到现代工业产品设计当中嘲。它主要包括前、后处理模块
以及分析计算模块３个主要部分。其中前处理模块主要为 用户提供实体建模和网格划分的工具；而后处理模块可以
将计算的分析结果以鲜明的等值线等图形表达方式表示出
来，同时还可以以图表、曲线或者是数据的形式输出，以供 诸如ＭＡＴＬＡＢ等软件分析使用。ＡＤＩＮＡ软件是由美国 ＡＤＩＮＡ Ｒ＆Ｄ公司开发的，是一款基于有限元技术的通用分
析仿真平台。其主要的特征就是能对非线性问题进行稳定的
求解，同时对于多物理场仿真具有独特的优势。ＮＡｓＴＲＡＮ 软件是美国ＭＳＣ公司的产品，是一款可以对产品的结构 进行评估，同时能对在限定的条件下，诸如材料、载荷及边
界条件下，对系统的响应、位移、应变、应力以及温度等进行 分析。
２ ＣＡＥ在农业机械中的应用及基本操作流程 ２．１ ＣＡＥ软件在农业机械中的应用功能
一
是分析并计算农机产品结构方面的物理场量。在利
用ＣＡＥ软件对农业机械结构方面进行分析时，主要针对的 是机械产品的应力、应变以及位移等物理场量［３１。通过建模
及有限元离散之后，利用边界约束条件来求解相应的物理 对象，得到整个物理场在空间及时间上的分布，进而实现对
收稿日期
２０ｌ１—０６—０１
结构的线性、非线性、静力动力分析。二是对农业机械进行
结构优化。在对农业机械产品结构的物理场量进行分析之
后，得到相关的结构参数的理想与现实的差距，然后针对这 些差距对机械的结构、工艺参数及结构形状等进行合理的
改进与优化，确保整个机械产品结构的性能及工艺达到最
优。三是对机械产品的可靠性进行评估。这方面的应用主要
是对农业机械产品结构的安全性、结构可靠性以及产品寿 命进行分析等几个方面。尤其是在结构可靠性设计方面具 有相当重要的应用，分析结构的可靠性可以保证产品在规 定的寿命时间内实现规定的功能，达到设计的可靠度要求。 四是对农业机械进行动力分析。通过ＣＡＥ软件，对农业机 械的整个产品或者是某个机构进行实体造型，之后利用
ＣＡＥ的仿真模块进行运动及动力学仿真，得到整个机械或者
机构在运动过程中的各种动力学参数。诸如运动轨迹、速度、
加速度以及各个部件间作用力的动态变化等详细参数嗍。 ２．２农业机械ｃＡＥ的基本流程
农业机械问题的ＣＡＥ流程和其他工程领域的ＣＡＥ流 程基本相一致，在这里以图表的形式可以将其清楚地表达出 来，具体见图１。在整个过程中。可以适当地利用其他ＣＡＤ 软件进行结构模型的建立，因为毕竟ＣＡＥ软件的主功能是 进行分析，而不在于建模。因此，在需要建立一些复杂的模 型时需要借助于一些建模功能强大的ＣＡＤ软件，诸如Ｐｒｏ／Ｅ、 ＭＤＴ、ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ以及ＵＧ等。同时，农业机械的问题还具有 其相对的独特性。通常，大多数的农业机械需要在相对恶劣 的环境中工作，而且作业过程中的农作物也不尽一致，材料
农机问题
弃 茎
、
建立有限元素模型
施加边界与负荷务件及时间变化历程等
分析、计算
分析结果显示、打印
—
一
王纪忠等：生物化学课程教学改革措施及效果
１．４课堂教学改革
教学中根据过程性评价与终结性评价相结合原则，综合评
一
是采用多媒体教学。丰富教学手段。在课堂教学中采
定学生的成绩，要求学生学业成绩达到及格，同时主卷成绩
用现代化的教学手段的如多媒体技术。不仅可以增大教学
和副卷成绩必须均达到及格，该课程才能通过，给予学分。 信息量，拓宽学生的知识面，适合大学课程的教学；而且能
２教学改革效果评价
促进学生的观察力，并有助于集中学生的注意力和思维想
生物化学课程教学以课程教学目标为依据，致力于培
象力［３１。利用天空教室网络课堂及其软件制作了生物化学网 养合格生命科学人才，通过完善和补充教学内容、改革考核 络课件，使课堂教学设计的空间更宽广，更多样化，节省了
方法，提高教学效果。为针对教学改革的效果进行评价，除 课堂教学的时间。网络课件包括许多模块，如教学团队、教 了对学生思维活跃状态、对提问的感兴趣程度、是否积极参 学资源、聊天、邮件、作业、讨论、考试、测试等。采用多媒体
与讨论等方面进行观察以外，对学生的作业和考试成绩进 技术教学，需要发挥多媒体辅助教学的优势，更要做到多媒 行仔细分析，还在学生中展开了广泛的调查，采取问卷、小 体教学与传统教学的有机结合，但注意不能出现“读课件” 组座谈、个别面谈等多种形式与学生交流。学生问卷调查结 的情况。二是改革教学形式。优化教学质量。生物化学有许
果表明，改革后的教学内容更易懂且利于消化，教学方法更 多原理深奥难懂，传统教学方法使学生感到枯燥乏味学生 灵活多样，许多学生主动要求参加教师科研课题，同时积极 易产生厌学情绪，不能透彻地理解教学内容与知识，会给学
申请大学生科技创新计划，由此看出教学效果得到显著提 生学习及掌握理论基础知识带来不良影响。活跃的课堂教学 高。通过教学改革实践，取得了可喜的效果，也更加坚定了 气氛。有利于提高学生的学习热情及对知识的掌握。活跃 教学改革继续实施的信心。
课堂教学气氛的方式很多，如在课堂教学时结合内容适时 ３结语
给同学们讲典故，另外采用联想记忆法、讨论式教学法和框 教学改革是一门艺术，建立起以学生为中心的教育理 架式教学法等来加强学生的学习意识。根据课程特点设计 念是高等教育改革的核心精神嗍，围绕这个指导思想，通过 出“课堂讲授＋课堂讨论”的教学方法，这样可以避免传统的 对生物化学课程进行全方面的改革，取得了良好的效果，增 “满堂灌”模式。使学生在教学过程中处于主导地位。 强了师生的互动，调动学生学习的主动性，激发了学生学习
１．５学习评价改革
兴趣。教学质量明显提高。总之，只有探索与实践相结合。根 传统的生物化学课程学习评价方式以书面考试为主， 