CAE技术及其在阀门制造业中的应用

发布时间:2012-12-06

近年来,随着计算机技术和计算方法的发展,计算机辅助设计已经成为现代设计方法的主要手段和工具。CAE技术和软件更是关键的技术要素之一。CAE作为一项跨学科的数值模拟分析技术,越来越受到科技界和工程界的重视。许多大型的CAE分析软件已相当成熟并已商品化,计算机模拟分析不仅在科学研究中普遍采用,而且在工程上也已达到了实用化阶段。

随着世界制造业中心逐步向我国转移,我国的阀门制造业也发生了一系列重大变化:

(1)阀门产品呈现出大型化、高参数化、高可靠性、自动化、成套化等趋势,且随着数量越来越大,档次也越来越高,技术密集及附加值大幅度提高;

(2)生产模式由过去的大批量、少品种向小批量、多品种以及按用户订货要求制造的方向发展,需求的多样化使产品结构日益复杂;

(3)企业由于受到市场压力的作用。目前大多存在以销定产的情况,供货周期短,产品的质量、交货期和价格已成为影响企业竞争力的三个决定因素。以上这些特点,都为产品的设计技术提出了更高的要求。现代企业必须采用先进的技术手段,缩短开发和制造周期,降低成本,提高质量,使企业具备很强的应变能力,迅速响应用户的各项要求,并能根据科技发展和市场需求的变化,及时调整产品的类型和结构。

CAE(ComputerAidedEngineering,即计算机辅助工程)技术,是指工程设计中的分析计算与分析仿真,具体包括工程数值分析、结构与过程优化设计、强度与寿命评估、运动、动力学仿真。工程数值分析用来分析确定产品的性能;结构与过程优化设计用来保证产品功能、工艺过程的基础上,使产品、工艺过程的性能最优;结构强度与寿命评估用来评估产品的精度设计是否可行。可靠性如何以及使用寿命为多少;运动,动力学仿真用来对CAD建模完成的虚拟样机进行运动学仿真和动力学仿真。从过程化、实用化技术发展的角度看,CAE的核心技术为有限元技术与虚拟样机的运动,动力学仿真技术。对CAE作进一步分析,其具体的含义表现为以下几个方面:

(1)运用工程数值分析中的有限元等技术分析计算产品结构的应力、变形等物理场量,给出整个物理场量在空间与时间上的分布,实现结构的从线性、静力计算分析到非线性、动力的计算分析;

(2)运用过程优化设计的方法在满足工艺、设计的约束条件下,对产品的结构、工艺参数、结构形状参数进行优化设计,使产品结构性能、工艺过程达到最优;

(3)运用结构强度与寿命评估的理论、方法、规范,对结构的安全性、可靠性以及使用寿命做出评价与估计;

(4)运用运动,动力学的理论、方法,对由CAD实体造型设计出的机构、整机进行运动,动力学仿真,给出机构、整机的运动轨迹、速度、加速度以及动反力的大小等。

现代设计方法表明,产品设计虽然只占产品整个成本的5%,但它却影响产品整个成本的70%。在设计过程中。如果确定了产品结构、零件形状、材料及精度,则产品成本的70%~80%将被确定。对新产品的开发周期而言,产品设计占其周期的50%以上。统计资料表明。我国工程技术人员用于产品设计的工作量大约为40%,其余时间用在查阅技术标准、手册和一些辅助工作上。而产品设计工作只有30%属新产品开发。70%左右的设计都是在原有基础上进行的。

从阀门行业的情况看更是如此。另据资料显示,几乎50%~90%结构或零部件的失效都是由于材料疲劳引起的。据1996年劳动部对200起压力管道事故的原因分析显示,设计原因占了11%。可见,设计工作在阀门制造业中的地位是非常重要的。近些年来的实践证明,将数字化设计技术应用于制造业,进行传统制造业的改造,是现代制造业发展的必由之路。据专家估计,由于现代科技的进步,今后15年制造技术的发展将超过以往的75年。

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