CAD/CAE技术在机械专业实践教学环节中的应用

核心提示：1 前言CAD技术是以计算机、外围设备及系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析(FEA)及优化设计内容，CAD/CAE技术在机械专业实践教学环节中的应用，CAE即针算机辅助工程，泛指包括分析、计算和仿真在内的一切研发活动，相信，随着科技水平的发展，CAE技术是计算机技术与工程分析技术相结合形成

1 前言

CAD技术是以计算机、外围设备及系统软件为基础，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析(FEA)及优化设计内容。CAE即针算机辅助工程，泛指包括分析、计算和仿真在内的一切研发活动，CAE技术是计算机技术与工程分析技术相结合形成的新兴技米。在近20年来市场需求的推动下，CAE技术发展迅猛，越来越受到了科学界与工程界的重视。

我们当代大学生正是21世纪工程界与科技界的主力军。因此他们对CAE技术掌握与否，将对我国工业现代化程度及科学技术水平的提高起着非常重要的作用。为了使我们的学生掌握CAE技术。近几年我们在教学环节中加人了CAD/CAE的有关课程。课程中除了介绍目前CAD/CAE的技术发展现状外，还重点介绍了一些流行的CAD/CAE软件及有关软件的操作过程。但通过几轮教学，老师们感觉效果不是很好，主要表现为同学们课堂上已听懂的东西，由于缺乏实践操作，随着时间推移也渐渐谈忘了，等到需要用时还是不能很快上手操作。针对这种现状老师们经过认真分析，最后采取了将CAD/CAE枝术与教学实践相结合的方式来教学，其教学效果就有了明显改善。

2 CAD/CAE技术用于实践教学的具体措施

实践教学内容决定着学生的知识结构和专业能力，因此它必须紧跟科技的发展，紧密联系实际。

我们学校机械专业的教学实践主要包括：课程设计、实验教学、毕业设计、工程实训及课外创新活动五大部分。在具体的实践过程中，我们做了如下工作:

2.1 机械设计课程设计中应用CAD/CAE技术

我们学院机械设计课程设计的内容还是传统题目—减速器的结构设计。学生们刚开始拿到题目时对减速器的内部结构还不是很清楚，于是我们老师就运用CAD强大的装配功能展示零件与零件之问的装配、拆卸过程。采用CAD／CAE软件制作了几种典型减速器中各零件的装配、拆卸过程的动画模型。如图1，如图2。学生便可以动态地观察各零件的安装及拆卸过程以及不同的装配方案。经过多次播放动面模型，学生们可以很快理解减速器的内部结构及各零件之间的装配关系，这对他们后面的设计过程及装配图纸的绘制起着一个指导性的作用。

在具体零件的设计中，我们还要求学生采用CAE技术辅助设计。如：轴是减速器中的重要零件，它的结构设计(尺寸设计)一般设计过程是：选用材料——按扭转强度算最小直径——轴的结构设计(轴向、径向尺寸)一一按弯扭组合校核强度。若强度不足的话，则需要返回来重新取最小直径，再来进行后面的设计计算。此过程计算量。为了提高轴的设计效率，缩短设计周期，我们就跟同学们介绍采用CAE软件中的ANSYS软件对轴来进行设计。它的设计过程如下：先设定轴的材料属性，再进行实体建模和加外载、加约束，接着划分有限元网格，最后求解运算。经过软件设计，我们可以通过结果云图得到最大应力值及其出现的位置。然后将此最大应力值与许用值比较，若最大应力值小于许用应力值，则轴的结构满足要求，否则需要修改轴的结构，再进行一些ANSYS分析运算。

学生们通过两种设计方法的比较，一致认为采用CAE技术进行设计的方法快捷、方便，同时提高了他们的计算机应用能力，增强了他们的学习兴趣。

2．2 课外创新设计中应用CAD／CAE技术

创新是当前社会的丰题，社会对目前大学教育的要求是培养创新型人才。我们学校的创新教育首先从机械原理实验课中已经有所体现了。如：我们成立了以慧鱼集团生产的垒套“创意组合模型”为基础的创新实验室，并对学生全天开放。学生可以将课堂所学的知识带进实验室，通过对创新模型的搭逸，不断完善他们自己的构思创意，提高动手能力，在不断尝试并改进的过程中学会一些技术概念。但培养学生的创新能力仅仅依靠第一课堂还是远远不够的，于是我们也大力开展了第二课堂活动，吸引广大学生积极参加课外实践活动，使第一课堂与第二课堂相互补充，提高学生们的科学素质及创新能力。

(1)开展了三维模型实体造型大赛。大赛在内容和形式上都要求灵活多样，可以单人设计，也可以几个学生合作设计，方法上以学生设计为主，要求采用CAE技术完成。经过几轮实践。我们的同学制作了上千种三维实体模型。同时CAE的的应用能力也在不断提高。

(2)指导大学生进行科技创新活动。近几年我们依托国家及省级主办的机械创新设计大赛，积极申报立项，开展了系列科技创新活动。在创新主题的引导下，我们要求学生采用CAE技术来辅助设计。先是采用CAE软件制作三维造型及动画演示视频；接着再采用CAE软件中的有限元分析软件对产品中的关键零件进行设计；最后是按大赛要求制作实物去参赛。若发现此过程有不合理的地方及时改进到合理为止。经过几年的实践，同学们反映上述一套设计程序效果较好，既能满足大赛的要求，同时在经济上也减少了许多损失。

3 结语

以上介绍了CAE技术在我校机械专业的两个典型实践环节中的应用，效果很好。其实在该专业的其他实践教学环节如毕业设计中也已经应用到了CAE技术。相信，随着科技水平的发展，今后CAE技术在其它的教学实践环节中将会有更广泛的应用。