湃睿科技主導制定“機械產品結構有限元力學分析通用規則”國家標準

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一、開欄語

“世界強國的興衰史和中華民族的奮斗史一再證明，沒有強大的制造業，就沒有國家和民族的強盛。”制造業作為國民經濟的主體，是科技創新的主戰場，是立國之本、興國之器、強國之基。研發型制造企業只有將產品綜合設計和系統仿真提到戰略性高度，結合系統工程和企業運行要求，形成規范的復雜產品研發體系模型，才能真正在助力“中國制造2025”，站在行業的最前沿。這就意味著，企業需要構建一套科學且行之有效的仿真體系。從一定意義上來說，仿真技術實則是中國制造業的未來。

有限元法，是仿真分析的最主要方法，求解問題包羅萬象，幾乎覆蓋各個學科及各個工程領域。仿真技術，其目標是不斷改善面向問題、面向用戶的模塊描述能力和對模型實驗的功能。其在機械領域廣泛應用，能夠有效改進和優化設計方案，促進機械產業的穩健發展；同時，也為經濟發展和結構轉型帶來新機遇，助力實現《中國制造2025》。

二、國標的制定及內容

國家標準是指經由國家標準化主管機構批準并公告的文件，除國家法律法規規定強制執行的標準以外，具有推薦意義。《中華人民共和國標準化法》將中國標準分為國家標準、行業標準、地方標準(DB)、企業標準(Q/)四級。此次湃睿科技主導制定的是最高級國家標準，由全國技術產品文件標準化技術委員會提出并歸口。  

《機械產品結構有限元力學分析通用規則》的編制任務來源于國家標準《機械產品結構有限元力學分析通則》的制定任務，由全國技術產品文件標準化技術委員會提出，并于2013年列入國家標準制、修訂計劃。按照國家標準管理委員會的任務要求，該項目研制周期為2013年11月~2015年12月（為期2年），要求2015年12月底前完成標準的報批稿。

據介紹，該項國家標準全稱《機械產品結構有限元力學分析通用規則》，規定了用于機械產品結構有限元力學分析的術語和定義、范圍、類型、流程、一般要求、規則、分析類型、結果評估及輸出、報告編寫、單位系統等。

1、通則編制過程

1.1 編制原則

機械產品結構有限元力學分析往往與具體的軟件操作密切相關，但是，目前不同的有限元分析軟件在操作流程和命令方面都不盡相同。因此，本標準并未基于某一特定的軟件平臺來編寫，而是從不同的有限元分析軟件操作流程和方法中總結和提煉出需要共同遵守的規則和技術點。

1.2 工作分工

任務下達以后，全國技術產品文件標準化技術委員會根據該國家標準制定任務的具體要求，通過公開征集、擇優選擇等方式，于2013年11月成立了標準起草工作組（以下簡稱“工作組”）。工作組的專家主要來自中國電子科技集團公司第三十八研究所、上海湃睿信息科技有限公司等多家制造業企業，涉及產品有限元仿真、開發和技術咨詢。

2、調研和分析工作的情況

2.1 調研國家、行業有關標準

為了較好把握本標準編寫的重點和難點，工作組對與該標準有關的現有標準進行了調研和比較，主要包括《GB/T 31054-2014 機械產品計算機輔助工程 有限元數值計算 術語》等。

2.2 調研機械產品行業結構有限元力學分析研究與應用情況

通過實地考察和查詢等方式，進行了廣泛的調研工作，走訪了機械產品行業重點單位，了解了這些單位在機械產品結構有限元力學分析流程、軟件工具等方面的基本情況。機械產品結構有限元力學分析技術在大量推廣和應用的同時，存在一些突出的問題。例如不同工程師對仿真分析中的模型命名、簡化原則和模型檢查等方面存在明顯的差異，加上人為主觀因素干預等等諸多因素造成各個工程師之間仿真分析自稱體系、相互隔離，導致仿真分析結果只能成為設計中形式化的工具，甚至可能誤導決策。這些都制約了機械產品結構有限元力學分析技術水平的發展。要解決這些問題，只有制定統一適用的標準，對機械產品結構有限元力學分析建模的命名規則、網格劃分方法等做出系統性規定，促進仿真分析技術水平的提高，從而實現機械產品結構設計水平的提升。

三、主要技術內容的說明

編制完成后的《機械產品結構有限元力學分析通用規則》為機械產品結構設計和分析人員提供有限元力學仿真分析的標準指南。通過對機械產品結構有限元仿真建模方法、內容以及評估的規范定義，實現機械產品結構有限元力學分析模型的高度完整性、高可靠性和高重用性。有效保障和促進機械產品有限元分析的正確、高速發展，為機械產品結構設計規范、流程規范和質量規范提供切實可行的技術支撐，提高機械產品結構設計的高可靠性和自主創新能力，降低設計風險其主要技術內容說明如下：

1、術語和定義

以機械產品為對象，針對結構有限元力學分析建模過程，確定了機械產品結構有限元力學分析建模的術語。這些術語包括有限元建模、材料屬性、邊界條件、應力集中、單元、零維單元、一維單元、二維單元、三維單元、質量單元、彈簧單元、節點、桿、梁、板/殼、實體、高階單元、低階單元、約束、位移、載荷、強度、剛度、結構靜力學分析、結構動力學分析、長寬比、長細比、翹曲度、偏斜度、內角、幾何非線性和材料非線性。

2、范圍

本標準規定了機械產品結構有限元力學分析的類型、流程、一般要求、模型建立規則、有限元分析（簡稱“分析”）、結果評估、結果輸出、報告編寫。

本標準適用于機械產品結構的有限元力學分析。

3、有限元分析類型

對機械產品結構有限元力學分析的分析類型進行了規定。

4、有限元分析的流程

對機械產品結構有限元力學分析流程進行了規定。

機械產品結構有限元力學分析常用流程圖

5、一般要求

對機械產品結構有限元力學分析時模型簡化、單元類型選擇、網格劃分、計算方法選擇等內容等進行了規定。

6、有限元模型建立規則

借鑒了國家標準中的部分規定，同時也提煉了有限元分析工程師應用有限元軟件的經驗，對機械產品有限元分析中，有限元模型的建立進行了規定。

7、有限元分析

將機械產品結構有限元力學分析分成靜力學分析與動力學分析兩類，并分別對其分析方法進行了規定。其中，動力學分析分為：模態分析、諧響應分析、譜分析及瞬態動力學分析。

8、有限元分析結果評估

對機械產品結構有限元力學分析結果的評估方法及方法選擇進行了規定。

9、有限元結果輸出

對機械產品結構有限元力學分析結果的輸出進行了規定。結果輸出分為：靜力學分析、模態分析、諧響應分析、譜分析以及瞬態動力學分析。

10、分析報告編寫

對機械產品結構有限元力學分析報告的內容及編寫方法進行了規定等。

單位系統

四、結束語

眼下，中國工業領域正不斷踐行《中國制造2025》行動綱領，推動傳統制造業的轉型升級和健康穩定發展。湃睿科技此次成功制定機械產品制造方面的國家標準，無疑助力了我國制造業的跨越發展。主導制定出“機械產品結構有限元力學分析通用規則”國家標準，與其在仿真領域深厚的客戶積累及行業定位是密不可分的。

關于湃睿科技：致力于在產品設計、制造、服務領域，為制造業客戶提供集成高效的信息技術解決方案和技術平臺，在CAD/CAE/CAM、產品生命周期管理PLM、數字化制造和仿真、ALM/SCM/SLM、物聯網IOT等領域提供解決方案以及規劃咨詢、實施推廣和定制開發服務。湃睿科技目前僅技術團隊超過140人規模，已服務于徐工集團、三一重工、一汽集團、格特拉克、中國通號、臥龍電氣、華為、海康威視、微創醫療、新華醫療等 1000多家國內外知名企業，橫跨工業裝備、汽車、高科技電子、醫療設備、航空航天和國防等多個行業。