CAE在閥門制造領域的仿真分析與應用

 CAE技術能夠給工業(yè)企業(yè)產品研發(fā)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(yè)中，將“基于物理樣機試驗的傳統(tǒng)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(fā)周期，降低成本，提高企業(yè)競爭力！應用CAE技術進行閥門的分析設計，將使閥門設計領域發(fā)生根本變革，推動閥門設計方法及設計技術的進步。

 隨著世界制造業(yè)中心逐步向我國轉移，我國的閥門制造業(yè)也發(fā)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(fā)展，需求的多樣化使產品結構日益復雜；

 （3）企業(yè)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(yè)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。

 從閥門行業(yè)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%。可見，設計工作在閥門制造業(yè)中的地位是非常重要的。

 近些年來的實踐證明，將CAE技術應用于制造業(yè)，進行傳統(tǒng)制造業(yè)的改造，是現代制造業(yè)發(fā)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(fā)展將超過以往的75年。

 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(yè)的迫切需求。

 閥門制造業(yè)中，按照產品設計流程。CAE技術可在如下幾個步驟發(fā)揮作用：

 （1）根據市場需求、產品功能及商業(yè)考慮等進行產品規(guī)劃、方案設計，CAE可以用來完成基礎設計的驗證、不同方案的比較。滿足功能、性能方面的要求。并為企業(yè)領導層進行產品決策提供參考，回答是否能夠在預定時間、預定成本等約束條件下開發(fā)出能滿足要求的產品的問題。這一階段主要進行較為詳細的、帶有一定目標的預演。

 （2）詳細設計階段

 在這個階段，所有的設計將全部展開，從系統(tǒng)設計、裝配部件、子裝配、零件設計，直到圖紙、材料、制造工藝等。CAE分析在這個階段的作用，就是驗證各種部件是否能滿足預期的性能（如結構強度、剛度、動力特性等），制造上是否可行。

 （3）樣機試驗階段

 試驗階段是設計完成后的關鍵階段，大多數企業(yè)（尤其特種閥門制造企業(yè)）艘是先制造物理樣機然后投入試驗。如果某些地方試驗失敗，就要重新設計，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，費用又極為昂貴。如果采用CAE分析，樣機的數量和重新制造、重新試驗的次數必然會減少。在數字樣機的仿真試驗中發(fā)現問題，修改設計，與物理樣機相比，顯然其成本會降低很多。據統(tǒng)計，數字樣機的開發(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仿真的數字樣機可以使物理試驗更快獲得通過。事實上，CAE分析可以“透視”整個樣機的試驗，顯示出所有檢測點的數據，設計人員可以通過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場進行“猜測”。

 （4）產品測試評估階段

 這一階段主要是利用CAE軟件對產品成本、產品性能、產品質量和加工特性作出全面真實的評價。從而為設計更改和產品的生產提供可靠依據。

 通過一個例子?？梢钥吹綔p少物理樣機的制造和試驗，為企業(yè)帶來的收益。美國某汽車配件公司一直采用傳統(tǒng)的“設計、試驗、修改”方式進行配件設計。將CAE分析技術應用到某些樣機試驗場合后，他們減少了50%的物理樣機以及試驗費用，而且還更快地完成了這些部件的設計、驗證工作。

 閥門制造業(yè)的競爭將是設計的競爭。在我國由制造業(yè)大國向制造業(yè)強國邁進的過程中。閥門制造業(yè)新產品設計、開發(fā)能力嚴重不足的狀況亟待改變。

 CAE方法作為高效可靠的設計手段．其應用范圍已從對已設計產品性能的簡單校核迅速擴展到對產品設計和加工過程的準確預測，直到產品全生命周期的精確模擬。閥門制造業(yè)采用CAE技術，將大大提高閥門設計質量和效率，并取得顯著的經濟效益。

 有限元小編寄語

 現代企業(yè)必須采用先進的技術手段，縮短開發(fā)和制造周期，降低成本，提高質量，使企業(yè)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(fā)展和市場需求的變化，及時調整產品的類型和結構。深圳市有限元科技有限公司是一家以計算機輔助工程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、CAE軟件研發(fā)與銷售為一體的高科技企業(yè)。如有業(yè)務的需要請聯系電話：13632683051，咨詢QQ：4006046636。

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