CAE在閥門制造領(lǐng)域的仿真分析與應(yīng)用

 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(jì)效益，這已成為不爭(zhēng)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(jī)試驗(yàn)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法”帶入基于“虛擬樣機(jī)仿真的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法”，將大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力！應(yīng)用CAE技術(shù)進(jìn)行閥門的分析設(shè)計(jì)，將使閥門設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)生根本變革，推動(dòng)閥門設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步。

 隨著世界制造業(yè)中心逐步向我國(guó)轉(zhuǎn)移，我國(guó)的閥門制造業(yè)也發(fā)生了一系列重大變化：

 （1）閥門產(chǎn)品呈現(xiàn)出大型化、高參數(shù)化、高可靠性、自動(dòng)化、成套化等趨勢(shì)，且隨著數(shù)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、多品種以及按用戶訂貨要求制造的方向發(fā)展，需求的多樣化使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日益復(fù)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(jìng)爭(zhēng)力的三個(gè)決定因素。以上這些特點(diǎn)，都為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)提出了更高的要求。

 從閥門行業(yè)的情況看更是如此。另?yè)?jù)資料顯示，幾乎50%~90%結(jié)構(gòu)或零部件的失效都是由于材料疲勞引起的。據(jù)1996年勞動(dòng)部對(duì)200起壓力管道事故的原因分析顯示，設(shè)計(jì)原因占了11%?？梢?，設(shè)計(jì)工作在閥門制造業(yè)中的地位是非常重要的。

 近些年來(lái)的實(shí)踐證明，將CAE技術(shù)應(yīng)用于制造業(yè)，進(jìn)行傳統(tǒng)制造業(yè)的改造，是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必由之路。據(jù)專家估計(jì)，由于現(xiàn)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。

 潛在的問題越早地得到解決，設(shè)計(jì)的成本與周期的降低效果越明顯。因此，CAE分析應(yīng)該提前到概念設(shè)計(jì)階段，在零部件設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該進(jìn)行CAE分析。設(shè)計(jì)人員負(fù)責(zé)對(duì)自己設(shè)計(jì)的零部件進(jìn)行分析，已成為企業(yè)的迫切需求。

 閥門制造業(yè)中，按照產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程。CAE技術(shù)可在如下幾個(gè)步驟發(fā)揮作用：

 （1）根據(jù)市場(chǎng)需求、產(chǎn)品功能及商業(yè)考慮等進(jìn)行產(chǎn)品規(guī)劃、方案設(shè)計(jì)，CAE可以用來(lái)完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證、不同方案的比較。滿足功能、性能方面的要求。并為企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層進(jìn)行產(chǎn)品決策提供參考，回答是否能夠在預(yù)定時(shí)間、預(yù)定成本等約束條件下開發(fā)出能滿足要求的產(chǎn)品的問題。這一階段主要進(jìn)行較為詳細(xì)的、帶有一定目標(biāo)的預(yù)演。

 （2）詳細(xì)設(shè)計(jì)階段

 在這個(gè)階段，所有的設(shè)計(jì)將全部展開，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、裝配部件、子裝配、零件設(shè)計(jì)，直到圖紙、材料、制造工藝等。CAE分析在這個(gè)階段的作用，就是驗(yàn)證各種部件是否能滿足預(yù)期的性能（如結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、動(dòng)力特性等），制造上是否可行。

 （3）樣機(jī)試驗(yàn)階段

 試驗(yàn)階段是設(shè)計(jì)完成后的關(guān)鍵階段，大多數(shù)企業(yè)（尤其特種閥門制造企業(yè)）艘是先制造物理樣機(jī)然后投入試驗(yàn)。如果某些地方試驗(yàn)失敗，就要重新設(shè)計(jì)，重新制造，重新試驗(yàn)。如此反復(fù)直到定型通過(guò)。顯然，這樣反復(fù)多次的“設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、修改”過(guò)程，既耗費(fèi)時(shí)間，費(fèi)用又極為昂貴。如果采用CAE分析，樣機(jī)的數(shù)量和重新制造、重新試驗(yàn)的次數(shù)必然會(huì)減少。在數(shù)字樣機(jī)的仿真試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題，修改設(shè)計(jì)，與物理樣機(jī)相比，顯然其成本會(huì)降低很多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，數(shù)字樣機(jī)的開發(fā)方式能夠減少一半以上的物理樣機(jī)制造和試驗(yàn)，從而爭(zhēng)取到更多的時(shí)間，節(jié)約大量的費(fèi)用。

 更進(jìn)一步，CAE仿真的數(shù)字樣機(jī)可以使物理試驗(yàn)更快獲得通過(guò)。事實(shí)上，CAE分析可以“透視”整個(gè)樣機(jī)的試驗(yàn)，顯示出所有檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)軟件在實(shí)際試驗(yàn)之前就掌握最佳測(cè)試方法和最可能的載荷/激勵(lì)位置，從而顯著地減少試驗(yàn)時(shí)間，盡可能避免在試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行“猜測(cè)”。

 （4）產(chǎn)品測(cè)試評(píng)估階段

 這一階段主要是利用CAE軟件對(duì)產(chǎn)品成本、產(chǎn)品性能、產(chǎn)品質(zhì)量和加工特性作出全面真實(shí)的評(píng)價(jià)。從而為設(shè)計(jì)更改和產(chǎn)品的生產(chǎn)提供可靠依據(jù)。

 通過(guò)一個(gè)例子。可以看到減少物理樣機(jī)的制造和試驗(yàn)，為企業(yè)帶來(lái)的收益。美國(guó)某汽車配件公司一直采用傳統(tǒng)的“設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、修改”方式進(jìn)行配件設(shè)計(jì)。將CAE分析技術(shù)應(yīng)用到某些樣機(jī)試驗(yàn)場(chǎng)合后，他們減少了50%的物理樣機(jī)以及試驗(yàn)費(fèi)用，而且還更快地完成了這些部件的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證工作。

 閥門制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)將是設(shè)計(jì)的競(jìng)爭(zhēng)。在我國(guó)由制造業(yè)大國(guó)向制造業(yè)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)的過(guò)程中。閥門制造業(yè)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)能力嚴(yán)重不足的狀況亟待改變。

 CAE方法作為高效可靠的設(shè)計(jì)手段．其應(yīng)用范圍已從對(duì)已設(shè)計(jì)產(chǎn)品性能的簡(jiǎn)單校核迅速擴(kuò)展到對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工過(guò)程的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，直到產(chǎn)品全生命周期的精確模擬。閥門制造業(yè)采用CAE技術(shù)，將大大提高閥門設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

 有限元小編寄語(yǔ)

 現(xiàn)代企業(yè)必須采用先進(jìn)的技術(shù)手段，縮短開發(fā)和制造周期，降低成本，提高質(zhì)量，使企業(yè)具備很強(qiáng)的應(yīng)變能力，迅速響應(yīng)用戶的各項(xiàng)要求，并能根據(jù)科技發(fā)展和市場(chǎng)需求的變化，及時(shí)調(diào)整產(chǎn)品的類型和結(jié)構(gòu)。深圳市有限元科技有限公司是一家以計(jì)算機(jī)輔助工程CAE為主業(yè)，以工程仿真軟件開發(fā)為核心，集CAE咨詢、CAE培訓(xùn)、CAE軟件研發(fā)與銷售為一體的高科技企業(yè)。如有業(yè)務(wù)的需要請(qǐng)聯(lián)系電話：13632683051，咨詢QQ：4006046636。

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