CAE在產品生命周期中的作用

2013-06-05 by:廣州有限元分析、培訓中心-br5w05v.cn 來源:仿真在線

CAE在整個產品生命周期都可以發(fā)揮重要作用,為企業(yè)創(chuàng)造巨大的效益。每一種產品從概念(初步)設計,技術設計,詳細設計等直到報廢,都有一個生命周期。仿真分析在這個周期的各個階段都可以創(chuàng)造效益,重點是在設計早期,在機床、工裝、原材料準備等重大的投入之前,保證設計的正確性,避免浪費和失誤,而且為制造、銷售、后期支持服務等階段提供良好的保證。

1 概念(初步)設計階段的CAE仿真分析

概念設計階段,需要根據(jù)市場需求、產品功能、及商務投標考慮等進行產品規(guī)劃和方案設計。此時,CAE仿真分析可以為設計人員提供用戶基礎設計的驗證、不同投標方案的比較計算與分析,并為企業(yè)決策者進行產品決策和商務決策提供參考;它能夠回答企業(yè)是否在預定的時間、預定的成本以及現(xiàn)有的設備能力等約束條件下完成用戶需求的開發(fā)設計和制造任務。

2 詳細(工作圖)設計階段的CAE仿真分析

在這個階段,所有的設計將全部展開,從系統(tǒng)設計、部件裝配、子部件裝配、零件設計,直到圖紙、材料、制造工藝等。CAE仿真分析在這個階段的作用,就是驗證各種零部件是否滿足預期的性能、制造上是否可行,已有的加工設備是否滿足結構設計要求(譬如板厚及半徑等),工藝步驟或者工裝是否最簡化等等,而且從系統(tǒng)到單個零件都可以進行仿真。這些工作主要由結構分析工程師和設計工程師以及制造工藝師一起參與完成。

3 試驗階段的CAE仿真分析

試驗階段是設計完成后的關鍵階段。大多數(shù)企業(yè)都是先制造物理樣機,投入試驗,如果某些地方試驗失敗,則重新設計、重新制造、重新試驗,如此反復,直到定型通過。顯然,這樣反復多次的“設計、試驗、修改”過程,既耗費時間,又極為昂貴。如果采用計算機仿真分析,樣機的數(shù)量和重新制造、重新試驗的次數(shù)必然會減少。在數(shù)字樣機的仿真試驗中發(fā)現(xiàn)問題、修改設計,與物理樣機相比,顯然其成本降低很多。據(jù)統(tǒng)計,數(shù)字樣機的開發(fā)方式能夠減少一半以上的物理樣機制造和試驗,從而爭取到更多的時間,節(jié)約大量的費用。更進一步,CAE仿真分析可以預先模擬現(xiàn)場使用環(huán)境和條件,使物理試驗更快獲得通過。事實上,仿真分析可以“透視”整個樣機的試驗,顯示出所有檢測點的數(shù)據(jù),測試工程師利用仿真軟件,在實際試驗之前就掌握最佳測試方法和最可能的載荷/激勵位置,從而顯著地減少試驗時間,盡可能避免在試驗現(xiàn)場進行“猜測”。

4 制造階段的CAE仿真分析

這個階段是產品實際制造的階段。通過仿真計算可以進一步確認工藝步驟,可以優(yōu)化制造的工藝流程、減少廢料;可以針對加工錯誤進行演算,通過修改圖紙尺寸來保證交貨期,避免廢品和返修。

5 應用CAE技術規(guī)避專利壁壘

某新型三車翻車機在設計過程中,為了規(guī)避專利壁壘,其主鋼結構設計時在滿足強度、剛度要求的前提下,一定要有別于國內外同類產品。譬如三大梁和端環(huán)主鋼結構形式改變以后,其強度和剛度能否滿足設計要求,結構自重是否最輕,材料利用率是否最合理等等,這些問題都是通過應用CAE技術來解決的。經過機械工程師和CAE結構工程師的共同努力,同國外現(xiàn)有同類設備相比,該翻車機具有轉子鋼結構和主體鋼結構設計新穎、靠車和壓車裝置設計獨特等特點,大幅提高三車翻車機的使用壽命且維護簡單、性能優(yōu)越,現(xiàn)已投入使用,并贏得用戶的信賴。因此,CAE技術不僅可以打破國外知識產權技術壁壘,規(guī)避已有的專利保護,而且與此同時也使得我們獲得自主的知識產權,申請了專利保護。

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圖1:三車翻車機CAE仿真分析圖

6 應用CAE技術降低鋼結構自重

某鋼鐵公司300噸鐵水車車架,載荷為450噸,原設計方案鋼結構自重87.12t/每臺,最大應力為127MPa,最大變形為12.7mm,車架所用材料為Q345B。通過應用CAE仿真技術對原設計方案進行了13次結構優(yōu)化計算,在滿足功能要求的前提下,鋼結構自重降低到68.88t/每臺,單臺降重18.24t,39臺車合計降重711.36t,效益十分突出。

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