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          CAE技術及其在閥門制造業中的應用

          發布時間:2014-12-16 00:00:00來源:點擊:1273

            近年來,隨著計算機技術和計算方法的發展,計算機輔助設計已經成為現代設計方法的主要手段和工具。CAE技術和軟件更是關鍵的技術要素之一。CAE作為一項跨學科的數值模擬分析技術,越來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研究中普遍采用,而且在工程上也已達到了實用化階段。

              隨著世界制造業中心逐步向我國轉移,我國的閥門制造業也發生了一系列重大變化:(1)閥門產品呈現出大型化、高參數化、高可靠性、自動化、成套化等趨勢,且隨著數量越來越大,檔次也越來越高,技術密集及附加值大幅度提高;(2)生產模式由過去的大批量、少品種向小批量、多品種以及按用戶訂貨要求制造的方向發展,需求的多樣化使產品結構日益復雜;(3)企業由于受到市場壓力的作用。目前大多存在以銷定產的情況,供貨周期短,產品的質量、交貨期和價格已成為影響企業競爭力的三個決定因素。以上這些特點,都為產品的設計技術提出了更高的要求?,F代企業必須采用先進的技術手段,縮短開發和制造周期,降低成本,提高質量,使企業具備很強的應變能力,迅速響應用戶的各項要求,并能根據科技發展和市場需求的變化,及時調整產品的類型和結構。

              CAE(ComputerAidedEngineering,即計算機輔助工程)技術,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、結構與過程優化設計、強度與壽命評估、運動、動力學仿真。工程數值分析用來分析確定產品的性能;結構與過程優化設計用來保證產品功能、工藝過程的基礎上,使產品、工藝過程的性能*優;結構強度與壽命評估用來評估產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,動力學仿真用來對CAD建模完成的虛擬樣機進行運動學仿真和動力學仿真。從過程化、實用化技術發展的角度看,CAE的核心技術為有限元技術與虛擬樣機的運動,動力學仿真技術。對CAE作進一步分析,其具體的含義表現為以下幾個方面:

              (1)運用工程數值分析中的有限元等技術分析計算產品結構的應力、變形等物理場量,給出整個物理場量在空間與時間上的分布,實現結構的從線性、靜力計算分析到非線性、動力的計算分析;

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

              (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與估計;

              (4)運用運動,動力學的理論、方法,對由CAD實體造型設計出的機構、整機進行運動,動力學仿真,給出機構、整機的運動軌跡、速度、加速度以及動反力的大小等。

              現代設計方法表明,產品設計雖然只占產品整個成本的5%,但它卻影響產品整個成本的70%。在設計過程中。如果確定了產品結構、零件形狀、材料及精度,則產品成本的70%~80%將被確定。對新產品的開發周期而言,產品設計占其周期的50%以上。統計資料表明。我國工程技術人員用于產品設計的工作量大約為40%,其余時間用在查閱技術標準、手冊和一些輔助工作上。而產品設計工作只有30%屬新產品開發。70%左右的設計都是在原有基礎上進行的。從閥門行業的情況看更是如此。另據資料顯示,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?,設計工作在閥門制造業中的地位是非常重要的。近些年來的實踐證明,將數字化設計技術應用于制造業,進行傳統制造業的改造,是現代制造業發展的必由之路。據專家估計,由于現代科技的進步,今后15年制造技術的發展將超過以往的75年。

              制造業的生命力在于產品的創新,閥門制造業也是如此。實現創新的關鍵。除了設計思想和概念之外,*主要的就是技術保障。即采用先進可靠的CAD/CAE軟件。但大部分CAD軟件中的分析模塊功能過于簡單化、通用化,真正精確量化的分析項目仍然要依靠專業的CAE軟件來解決。企業日益全面和多元化的需求,促成了數字化設計技術的發展。CAD和CAE這兩條并軌道之間的距離越來越近,CAD/CAE的集成化是發展的趨勢。CAE技術能夠給工業企業產品研發帶來巨大的經濟效益,這已成為不爭的事實。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”,將大幅度縮短產品開發周期,降低成本,提高企業競爭力,

              潛在的問題越早地得到解決,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行CAE分析。設計人員負責對自己設計的零部件進行分析,已成為企業的迫切需求。應用CAE技術進行閥門的分析設計,將使閥門設計領域發生根本變革,推動閥門設計方法及設計技術的進步。


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