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CAE技術(shù)及其在閥門(mén)制造業(yè)中的應用

發(fā)布時(shí)間:2014-12-16 00:00:00來(lái)源:點(diǎn)擊:1402

  近年來(lái),隨著(zhù)計算機技術(shù)和計算方法的發(fā)展,計算機輔助設計已經(jīng)成為現代設計方法的主要手段和工具。CAE技術(shù)和軟件更是關(guān)鍵的技術(shù)要素之一。CAE作為一項跨學(xué)科的數值模擬分析技術(shù),越來(lái)越受到科技界和工程界的重視。許多大型的CAE分析軟件已相當成熟并已商品化,計算機模擬分析不僅在科學(xué)研究中普遍采用,而且在工程上也已達到了實(shí)用化階段。

    隨著(zhù)世界制造業(yè)中心逐步向我國轉移,我國的閥門(mén)制造業(yè)也發(fā)生了一系列重大變化:(1)閥門(mén)產(chǎn)品呈現出大型化、高參數化、高可靠性、自動(dòng)化、成套化等趨勢,且隨著(zhù)數量越來(lái)越大,檔次也越來(lái)越高,技術(shù)密集及附加值大幅度提高;(2)生產(chǎn)模式由過(guò)去的大批量、少品種向小批量、多品種以及按用戶(hù)訂貨要求制造的方向發(fā)展,需求的多樣化使產(chǎn)品結構日益復雜;(3)企業(yè)由于受到市場(chǎng)壓力的作用。目前大多存在以銷(xiāo)定產(chǎn)的情況,供貨周期短,產(chǎn)品的質(zhì)量、交貨期和價(jià)格已成為影響企業(yè)競爭力的三個(gè)決定因素。以上這些特點(diǎn),都為產(chǎn)品的設計技術(shù)提出了更高的要求?,F代企業(yè)必須采用先進(jìn)的技術(shù)手段,縮短開(kāi)發(fā)和制造周期,降低成本,提高質(zhì)量,使企業(yè)具備很強的應變能力,迅速響應用戶(hù)的各項要求,并能根據科技發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化,及時(shí)調整產(chǎn)品的類(lèi)型和結構。

    CAE(ComputerAidedEngineering,即計算機輔助工程)技術(shù),是指工程設計中的分析計算與分析仿真,具體包括工程數值分析、結構與過(guò)程優(yōu)化設計、強度與壽命評估、運動(dòng)、動(dòng)力學(xué)仿真。工程數值分析用來(lái)分析確定產(chǎn)品的性能;結構與過(guò)程優(yōu)化設計用來(lái)保證產(chǎn)品功能、工藝過(guò)程的基礎上,使產(chǎn)品、工藝過(guò)程的性能*優(yōu);結構強度與壽命評估用來(lái)評估產(chǎn)品的精度設計是否可行??煽啃匀绾我约笆褂脡勖鼮槎嗌?;運動(dòng),動(dòng)力學(xué)仿真用來(lái)對CAD建模完成的虛擬樣機進(jìn)行運動(dòng)學(xué)仿真和動(dòng)力學(xué)仿真。從過(guò)程化、實(shí)用化技術(shù)發(fā)展的角度看,CAE的核心技術(shù)為有限元技術(shù)與虛擬樣機的運動(dòng),動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)。對CAE作進(jìn)一步分析,其具體的含義表現為以下幾個(gè)方面:

    (1)運用工程數值分析中的有限元等技術(shù)分析計算產(chǎn)品結構的應力、變形等物理場(chǎng)量,給出整個(gè)物理場(chǎng)量在空間與時(shí)間上的分布,實(shí)現結構的從線(xiàn)性、靜力計算分析到非線(xiàn)性、動(dòng)力的計算分析;

    (2)運用過(guò)程優(yōu)化設計的方法在滿(mǎn)足工藝、設計的約束條件下,對產(chǎn)品的結構、工藝參數、結構形狀參數進(jìn)行優(yōu)化設計,使產(chǎn)品結構性能、工藝過(guò)程達到*優(yōu);

    (3)運用結構強度與壽命評估的理論、方法、規范,對結構的安全性、可靠性以及使用壽命做出評價(jià)與估計;

    (4)運用運動(dòng),動(dòng)力學(xué)的理論、方法,對由CAD實(shí)體造型設計出的機構、整機進(jìn)行運動(dòng),動(dòng)力學(xué)仿真,給出機構、整機的運動(dòng)軌跡、速度、加速度以及動(dòng)反力的大小等。

    現代設計方法表明,產(chǎn)品設計雖然只占產(chǎn)品整個(gè)成本的5%,但它卻影響產(chǎn)品整個(gè)成本的70%。在設計過(guò)程中。如果確定了產(chǎn)品結構、零件形狀、材料及精度,則產(chǎn)品成本的70%~80%將被確定。對新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期而言,產(chǎn)品設計占其周期的50%以上。統計資料表明。我國工程技術(shù)人員用于產(chǎn)品設計的工作量大約為40%,其余時(shí)間用在查閱技術(shù)標準、手冊和一些輔助工作上。而產(chǎn)品設計工作只有30%屬新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。70%左右的設計都是在原有基礎上進(jìn)行的。從閥門(mén)行業(yè)的情況看更是如此。另?yè)Y料顯示,幾乎50%~90%結構或零部件的失效都是由于材料疲勞引起的。據1996年勞動(dòng)部對200起壓力管道事故的原因分析顯示,設計原因占了11%??梢?jiàn),設計工作在閥門(mén)制造業(yè)中的地位是非常重要的。近些年來(lái)的實(shí)踐證明,將數字化設計技術(shù)應用于制造業(yè),進(jìn)行傳統制造業(yè)的改造,是現代制造業(yè)發(fā)展的必由之路。據專(zhuān)家估計,由于現代科技的進(jìn)步,今后15年制造技術(shù)的發(fā)展將超過(guò)以往的75年。

    制造業(yè)的生命力在于產(chǎn)品的創(chuàng )新,閥門(mén)制造業(yè)也是如此。實(shí)現創(chuàng )新的關(guān)鍵。除了設計思想和概念之外,*主要的就是技術(shù)保障。即采用先進(jìn)可靠的CAD/CAE軟件。但大部分CAD軟件中的分析模塊功能過(guò)于簡(jiǎn)單化、通用化,真正精確量化的分析項目仍然要依靠專(zhuān)業(yè)的CAE軟件來(lái)解決。企業(yè)日益全面和多元化的需求,促成了數字化設計技術(shù)的發(fā)展。CAD和CAE這兩條并軌道之間的距離越來(lái)越近,CAD/CAE的集成化是發(fā)展的趨勢。CAE技術(shù)能夠給工業(yè)企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟效益,這已成為不爭的事實(shí)。以ANSYS、LS-DYNA等為代表的高端CAE軟件早已活躍在全球各行各業(yè)中,將“基于物理樣機試驗的傳統設計方法”帶入基于“虛擬樣機仿真的現代設計方法”,將大幅度縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,降低成本,提高企業(yè)競爭力,

    潛在的問(wèn)題越早地得到解決,設計的成本與周期的降低效果越明顯。因此,CAE分析應該提前到概念設計階段,在零部件設計階段就應該進(jìn)行CAE分析。設計人員負責對自己設計的零部件進(jìn)行分析,已成為企業(yè)的迫切需求。應用CAE技術(shù)進(jìn)行閥門(mén)的分析設計,將使閥門(mén)設計領(lǐng)域發(fā)生根本變革,推動(dòng)閥門(mén)設計方法及設計技術(shù)的進(jìn)步。


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