CAE在产品生命周期中的作用

2013-06-05 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

CAE在整个产品生命周期都可以发挥重要作用,为企业创造巨大的效益。每一种产品从概念(初步)设计,技术设计,详细设计等直到报废,都有一个生命周期。仿真分析在这个周期的各个阶段都可以创造效益,重点是在设计早期,在机床、工装、原材料准备等重大的投入之前,保证设计的正确性,避免浪费和失误,而且为制造、销售、后期支持服务等阶段提供良好的保证。

1 概念(初步)设计阶段的CAE仿真分析

概念设计阶段,需要根据市场需求、产品功能、及商务投标考虑等进行产品规划和方案设计。此时,CAE仿真分析可以为设计人员提供用户基础设计的验证、不同投标方案的比较计算与分析,并为企业决策者进行产品决策和商务决策提供参考;它能够回答企业是否在预定的时间、预定的成本以及现有的设备能力等约束条件下完成用户需求的开发设计和制造任务。

2 详细(工作图)设计阶段的CAE仿真分析

在这个阶段,所有的设计将全部展开,从系统设计、部件装配、子部件装配、零件设计,直到图纸、材料、制造工艺等。CAE仿真分析在这个阶段的作用,就是验证各种零部件是否满足预期的性能、制造上是否可行,已有的加工设备是否满足结构设计要求(譬如板厚及半径等),工艺步骤或者工装是否最简化等等,而且从系统到单个零件都可以进行仿真。这些工作主要由结构分析工程师和设计工程师以及制造工艺师一起参与完成。

3 试验阶段的CAE仿真分析

试验阶段是设计完成后的关键阶段。大多数企业都是先制造物理样机,投入试验,如果某些地方试验失败,则重新设计、重新制造、重新试验,如此反复,直到定型通过。显然,这样反复多次的“设计、试验、修改”过程,既耗费时间,又极为昂贵。如果采用计算机仿真分析,样机的数量和重新制造、重新试验的次数必然会减少。在数字样机的仿真试验中发现问题、修改设计,与物理样机相比,显然其成本降低很多。据统计,数字样机的开发方式能够减少一半以上的物理样机制造和试验,从而争取到更多的时间,节约大量的费用。更进一步,CAE仿真分析可以预先模拟现场使用环境和条件,使物理试验更快获得通过。事实上,仿真分析可以“透视”整个样机的试验,显示出所有检测点的数据,测试工程师利用仿真软件,在实际试验之前就掌握最佳测试方法和最可能的载荷/激励位置,从而显著地减少试验时间,尽可能避免在试验现场进行“猜测”。

4 制造阶段的CAE仿真分析

这个阶段是产品实际制造的阶段。通过仿真计算可以进一步确认工艺步骤,可以优化制造的工艺流程、减少废料;可以针对加工错误进行演算,通过修改图纸尺寸来保证交货期,避免废品和返修。

5 应用CAE技术规避专利壁垒

某新型三车翻车机在设计过程中,为了规避专利壁垒,其主钢结构设计时在满足强度、刚度要求的前提下,一定要有别于国内外同类产品。譬如三大梁和端环主钢结构形式改变以后,其强度和刚度能否满足设计要求,结构自重是否最轻,材料利用率是否最合理等等,这些问题都是通过应用CAE技术来解决的。经过机械工程师和CAE结构工程师的共同努力,同国外现有同类设备相比,该翻车机具有转子钢结构和主体钢结构设计新颖、靠车和压车装置设计独特等特点,大幅提高三车翻车机的使用寿命且维护简单、性能优越,现已投入使用,并赢得用户的信赖。因此,CAE技术不仅可以打破国外知识产权技术壁垒,规避已有的专利保护,而且与此同时也使得我们获得自主的知识产权,申请了专利保护。

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图1:三车翻车机CAE仿真分析图

6 应用CAE技术降低钢结构自重

某钢铁公司300吨铁水车车架,载荷为450吨,原设计方案钢结构自重87.12t/每台,最大应力为127MPa,最大变形为12.7mm,车架所用材料为Q345B。通过应用CAE仿真技术对原设计方案进行了13次结构优化计算,在满足功能要求的前提下,钢结构自重降低到68.88t/每台,单台降重18.24t,39台车合计降重711.36t,效益十分突出。

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