制造業(yè)CAE發(fā)展的現(xiàn)狀及構(gòu)想

1、主要內(nèi)容提要一、目前分析工作所存在的四個主要問題：1、 事后分析，即很多分析工作都是市場反應(yīng)出了問題才進行分析2、 應(yīng)力測試試驗的欠缺3、 分析工作未流程化，分析報告未標(biāo)準(zhǔn)化。4、 分析工作現(xiàn)在只有靜強度分析，欠缺動態(tài)分析、疲勞分析以及非線性分析。二、工作方案1、 從整體到零部件級的分析，先拿956!來進行。2、 完成對挖掘機結(jié)構(gòu)件的分析。3、 對裝載機的動態(tài)分析。4、 對裝載機的疲勞分析和研究。5、 完成對壓路機YZ18J的模態(tài)分析6、 完成對兩頭忙的分析。7、 應(yīng)力測試工作的全面開展。8、 非線性分析的加強三、技術(shù)管理1、 為了能使設(shè)計與分析更加密切的結(jié)合起來，使分析真正能夠參與到設(shè)計中去

2、，對于必分析結(jié)構(gòu)，設(shè)計者無論是設(shè)計新產(chǎn)品還是對某結(jié)構(gòu)做了改動，小批試制在下發(fā)圖紙以前必須經(jīng)由分析主管簽字確認(rèn)，否那么不予下發(fā)。對于重要的或是分析不能十分確定的構(gòu)件要進行應(yīng)力測試試驗。2、 分析工作未流程化3、 分析報告的標(biāo)準(zhǔn)化。四、分析人員配置1、 近期人員配置·強度分析人員2名·多剛體動力學(xué)分析人員1名2、 遠(yuǎn)期人員配置 ·強度分析人員2名·多剛體動力學(xué)分析2名·疲勞分析高手1名·非線性分析高手1名五、軟件配置現(xiàn)在所用的有限元分析軟件主要是MSC公司的Patran、Nastran，UG公司的Femap、NX Nastran。也有做剛

3、體動力學(xué)分析的，所用軟件為MSC公司的ADAMS。這些軟件能購置是最好，購置的主要目的是能夠獲得他們的技術(shù)效勞。有限元分析的開展現(xiàn)狀及設(shè)想強度、剛度、穩(wěn)定性是機械產(chǎn)品性能的重要衡量指標(biāo)，理論計算只能滿足對簡單構(gòu)件的計算，對于大局部結(jié)構(gòu)運用材料力學(xué)理論計算有困難。近年來開展的有限單元法已在機械行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在汽車、航天行業(yè)已發(fā)揮了其強大優(yōu)勢。在我們山東臨工利用有限單元法對機械產(chǎn)品進行靜強度分析已取得了一些成績，同時還存在很大的缺乏，現(xiàn)對分析工作的開展現(xiàn)狀做一下匯報，同時對有限元分析的近期工作及遠(yuǎn)期工作做了設(shè)想。一、開展現(xiàn)狀1、所做的分析工作 1.1、線性靜強度分析下表所列的是所做的

4、一些主要的工作：分析工程分析情況描述試驗及實際反應(yīng)情況953與ZL50F的結(jié)構(gòu)件強度分析比照對兩者同時進行了整車強度分析。由于ZL50F在實際中壞的很少，因而分析目標(biāo)是使953結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力值均小于ZL50F結(jié)構(gòu)件相應(yīng)部位的應(yīng)力值。分析說明在工作裝置上兩者應(yīng)力相差不是很大，前車架由于作了較大改動，其在強度上存在尖點，最終設(shè)計人員根據(jù)分析的結(jié)構(gòu)對前車架結(jié)構(gòu)形狀作了改動。1、 對953進行了應(yīng)力測試試驗由北京試驗廠完成，工作裝置及后車架的應(yīng)力實測值與計算值相差在10%以內(nèi)，前車架上除個別點外，其它實測點應(yīng)力也根本與計算值相吻合。2、 對953進行了臺架試驗，臺架試驗工況要遠(yuǎn)惡劣于實際工況。試驗中各點

5、的破壞順序均是按有限元中指出的順序破壞的，即應(yīng)力值從大到小依次排序。933結(jié)構(gòu)件的靜強度分析對933的結(jié)構(gòu)件進行了分析，包括工作裝置，前車架，后車架1、 做了臺架試驗，試驗中各危險點的破壞情況與有限分析的結(jié)果相吻合。2、 吉林大學(xué)樊博士來做動應(yīng)力試驗時也給933的動臂上應(yīng)力集中點處做了應(yīng)力測試試驗，測試值與分析值誤差不超過5%。952工作裝置的靜強度分析主要是針對952的動臂強度進行了分析，分析說明確實在某些點處存在強度缺乏的現(xiàn)象，對該結(jié)構(gòu)進行了改良，從而大大降低了破壞點處的應(yīng)力值。后來經(jīng)過不斷的思考及借鑒他人成果我們又找到了一種更加合理的結(jié)構(gòu)提供應(yīng)設(shè)計人員做參考。1、 進行了臺架試驗，臺架試

6、驗的工況相當(dāng)于實際中的聯(lián)合工況，該工況對動臂來說是最危險的，但比起實際來沒有沖擊存在。試驗中動臂沒有被破壞。2、 進行了應(yīng)力測試，動臂上各點實測值與計算值誤差不到5%。655挖掘機的工作裝置靜強度分析對其工作裝置進行了分析并提出了改良意見915H結(jié)構(gòu)件的靜強度分析對最終的工作裝置及其前后車架進行了分析并提出了改良見意。 1.2、少量的非線性分析，主是做了970防滾翻駕駛室，該分析歷時兩個月，使該駕駛室成功滿足了國家規(guī)定的強度、剛度與吸能標(biāo)準(zhǔn)。2、應(yīng)力測試情況 2.1、北京試驗廠所做的953結(jié)構(gòu)件的靜態(tài)應(yīng)力測試 2.2、吉林大學(xué)樊老師應(yīng)課題要求來做過兩頭忙的鏟裝局部動態(tài)應(yīng)力測試，同時為我們做了9

7、33動臂上一應(yīng)力集中點的靜態(tài)應(yīng)力測試。 2.3、山東大學(xué)姜博士應(yīng)課題要求對953結(jié)構(gòu)件做了靜態(tài)應(yīng)力測試 2.4、近期測試組已購置電阻應(yīng)變儀，應(yīng)力測試的工作馬上可以開展。3、存在問題 3.1、關(guān)于許用應(yīng)力確實定問題。裝載機的工作平安系數(shù)一般取1.5，理論上來說許用應(yīng)力應(yīng)該是材料的屈服極限除以該平安系數(shù)，事實上這樣并不科學(xué)，一是因為針對不同的受力點應(yīng)當(dāng)有不同的平安系數(shù)，比方尖點平安系數(shù)要高于母材的平安系數(shù)。二是結(jié)構(gòu)有一定的疲勞壽命，不同部位按照相同的壽命要求將有不同的許用應(yīng)力值。具體許用應(yīng)力多大適宜現(xiàn)在還不能明確確定，這需要長期的經(jīng)驗積累。 3.2、現(xiàn)在所做很多分析工作都是市場反應(yīng)出問題了才進行分

8、析，這樣很不妥當(dāng)，分析的目的在于超前把問題解決，以降低事故出現(xiàn)的可能性，從而為企業(yè)防止不必要的損失。既然能進行分析就不能對設(shè)計的產(chǎn)品懷著僥幸心理，而應(yīng)該以分析結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)進行相應(yīng)的設(shè)計。建議分析工作作為一個設(shè)計必經(jīng)過程來處理，在下發(fā)圖紙之前應(yīng)附帶產(chǎn)品的有限元分析說明書。 3.3、應(yīng)力測試試驗做的還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，做好分析工作試驗不能缺少，以后應(yīng)該在試驗方面進行加強，尤其是應(yīng)該有我們自己的測試小組。 3.4、分析工作未流程化，在設(shè)計者看來分析工作可有可無，從而大大減少了分析的工作量；3.5、分析報告未標(biāo)準(zhǔn)化。 3.5、分析工作的單一化?，F(xiàn)在所做的分析主要是靜強度分析，這對提高臨工的產(chǎn)品質(zhì)量還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的

9、，應(yīng)該增加分析的種類，開展動態(tài)應(yīng)力分析，疲勞分析，非線性分析。二、對分析工作的設(shè)想1、工作方案 1.1、近期工作方案 、從整體到零部件級的分析，先拿956來進行。將956各個系統(tǒng)進行解剖，一層一層的展開，分出一級部件，二級部件，哪些是必分析件，需要進行哪些分析。形成一套完整的分析，并制定出必分析件明細(xì)。需要2個月的時間。裝載機需要分析的幾大局部如下： 變矩器總成 變速箱總成變速操縱總成前橋總成傳動軸總成后橋總成連桿機構(gòu)鏟斗總成轉(zhuǎn)向器總成前車架后車架駕駛室、完善對臨工產(chǎn)品的分析。包括以下幾個方面：1對挖掘機結(jié)構(gòu)件的分析。包括655及670兩種類型。時間3個月 ·對655挖掘機的工作裝置

10、局部曾經(jīng)分析過,但分析過程中對各種工況考慮不是很全面，需要進行完善。另外還需要對其它幾個局部進行分析。下面列出了需要分析的幾大局部：發(fā)動機支承行走系統(tǒng)行走操動工作裝置上架總成回轉(zhuǎn)機構(gòu)總成下架總成推土鏟總成 ·有限元分析完成后應(yīng)做相應(yīng)的應(yīng)力測試試驗。然后修改有限元模型，使有限元模型能與實際模型相吻合。依據(jù)修改后的有限元模型的結(jié)果得出現(xiàn)有挖掘機分析的最終結(jié)果，出具分析報告。 ·與設(shè)計人員進行討論，對某些設(shè)計不合理的構(gòu)件加以修改，使結(jié)構(gòu)滿足強度、剛度、穩(wěn)定性要求。2對兩頭忙的分析。分析的方法如同以上所述的裝載機與挖掘機。3壓路機的模態(tài)分析。首先對YZ18J進行分析，由于對這樣大型

11、的結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析還是第一次，所以需要的時間要長一些，大概需要三個月期間有別的分析任務(wù)可以做。做完分析后應(yīng)進行相應(yīng)的試驗以驗證分析的正確性，以便將來能夠更好的指導(dǎo)實際。該分析結(jié)果能夠幫助設(shè)計人員降低駕駛室的振動，提高結(jié)構(gòu)件的振動強度。1.1.3、應(yīng)力測試工作的全面開展。現(xiàn)在測試小組已經(jīng)購置電阻應(yīng)變儀，再購置一些小的附件就可以開展應(yīng)力測試工作。擬對公司的主打產(chǎn)品結(jié)合有限元分析的結(jié)果進行測試，一方面可以提高有限元分析的水平，另一方面會為設(shè)計人員提供有用的數(shù)據(jù)。 1.2、遠(yuǎn)期工作方案 、對裝載機的動態(tài)分析。動態(tài)分析包括兩方面的內(nèi)容，分述如下：1裝載機在一個工作周期中的應(yīng)力變化情況。在一個循環(huán)過程中會

12、有一些沖擊是靜態(tài)分析所考慮不到的，動態(tài)分析可以解決這個問題，這也是現(xiàn)在分析開展的一個方向。做該項分析時應(yīng)先從有限元前處理中做好模型把各階模態(tài)計算出來，再將結(jié)果調(diào)入到動力學(xué)分析軟件例如ADAMS中進行整個工作過程的模擬，這樣整個過程中各個關(guān)節(jié)的受力情況及沖擊情況就可以模擬出來，然后將結(jié)果調(diào)入到有限元中再次進行分析計算就可以得出整個工作過程的應(yīng)力分布情況了。 2裝載機的動力響應(yīng)情況。即裝載機在受到某種鼓勵的情況下的位移、速度及加速度響應(yīng)。做裝載機的動力響應(yīng)時應(yīng)先進行模態(tài)分析，而后進行瞬態(tài)響應(yīng)分析，隨機振動分析。這些數(shù)據(jù)對裝載機的性能改善很有意義。、裝載機的疲勞分析。通過疲勞分析可預(yù)知裝載機的的壽命

13、，利用分析數(shù)據(jù)對結(jié)構(gòu)進行改良從而提高其壽命，實現(xiàn)等壽命設(shè)計，提高產(chǎn)品的可靠性。疲勞壽命分析對我公司現(xiàn)在情況來看很有必要，為了真正能使分析結(jié)果來指導(dǎo)實際，該項工作需要經(jīng)過以下三個過程： 1軟件的配置。現(xiàn)在有限元分析所用的軟件為Patran及Nastran，MSC中所用的疲勞分析模塊為Fatigue，需要安裝接口，這個問題現(xiàn)在正待解決，要想做疲勞分析需要首先解決這個問題。其它有限元軟件中有的直接帶有這一模塊，也可以解決這個問題。 2有限元分析階段。即把已經(jīng)計算出的應(yīng)力結(jié)果調(diào)入到疲勞分析軟件中進行計算求出各結(jié)構(gòu)件的疲勞壽命。 3試驗驗證階段。至少應(yīng)對其中的一個構(gòu)件進行疲勞試驗，看他的試驗壽命，試驗方

14、法按照國家標(biāo)準(zhǔn)進行。將該構(gòu)件的試驗壽命與有限元分析得出的壽命相比擬，然后根據(jù)試驗結(jié)果對有限元模型進行修正，使得分析結(jié)果能夠與試驗結(jié)果相一致。4將其它的構(gòu)件計算出的壽命與試驗構(gòu)件的壽命相比擬，修改這些結(jié)構(gòu)使他們的壽命相接近，從而實現(xiàn)等壽命設(shè)計。、非線性分析的加強。前一段時間做過一個材料非線性的工程，即970防滾翻駕駛室的分析。做了一年多的分析工作，深深感到非線性分析的必要性，做非線性分析可以解決以下幾個問題： 1解決材料非線性問題。在我們的分析結(jié)果中有很多地方已超出材料的屈服極限，超過材料極限后就應(yīng)該用非線性分析而不能繼續(xù)用線性進行分析。分析說明大局部結(jié)構(gòu)在超過屈服階段后都能滿足一定的壽命要求，

15、也就是說并不是說材料的許用應(yīng)力必須降在屈服極限以下，因而進行材料非線性分析很有必要。 2解決接觸問題。在現(xiàn)有的分析中，在鉸接處只是近似模擬，在鉸接中板附近的應(yīng)力值及銷軸的應(yīng)力值與實際偏差較大，主要是因為邊界條件模擬的不夠準(zhǔn)確，要想做這個工作需要用到接觸非線性的方法。 3對零件的加工制造工藝，焊接工藝提出方向上的指導(dǎo)。這一塊是非線性的特長。通過模擬能夠看出某種加工方法是否合理，焊接過程中會產(chǎn)生什么樣的剩余應(yīng)力，從而做出方向上的指導(dǎo)。2、技術(shù)管理 2.1、將設(shè)計與分析密切結(jié)合起來為了能使設(shè)計與分析更加密切的結(jié)合起來，使分析真正能夠參與到設(shè)計中去，對于必分析結(jié)構(gòu)，設(shè)計者無論是設(shè)計新產(chǎn)品還是對某結(jié)構(gòu)做

16、了改動，小批試制在下發(fā)圖紙以前必須經(jīng)由分析主管簽字確認(rèn)，否那么不予下發(fā)。對于重要的或是分析不能十分確定的構(gòu)件要進行應(yīng)力測試試驗。 如果經(jīng)過分析后的構(gòu)件在市場中仍然出現(xiàn)了批量破壞的現(xiàn)象,分析人員將負(fù)責(zé)對該構(gòu)件重新進行分析,看是否是分析上的失誤，必要時進行相應(yīng)的應(yīng)力測試試驗。 2.2、制定必分析件標(biāo)準(zhǔn) 對于公司的裝載機、挖掘機、壓路機、兩頭忙制定必分析件明細(xì)。使設(shè)計人員在設(shè)計時明確哪些是必須進行分析的，以便下發(fā)圖紙前簽字確認(rèn)。 2.3、分析過程的流程化。 分析過程應(yīng)遵循以下流程來進行： 2.4、分析報告的標(biāo)準(zhǔn)化。不同的分析人員將會有不同形式的分析報告，都會存在表達不全面的現(xiàn)象存在，從而給設(shè)計人員的

17、閱讀和理解帶來困難。分析報告應(yīng)詳細(xì)、標(biāo)準(zhǔn)，這樣會消除因為人員的變動而引起的報告的多樣化，另一方面能使分析的重要內(nèi)容保存下來，使后來者都能看懂看明白，能夠接著以前的工作繼續(xù)向下進行，不會造成數(shù)據(jù)的流失。分析報告應(yīng)包涵以下幾個內(nèi)容：、分析原因及目標(biāo)、幾何模型描述應(yīng)說明分析對象包涵幾個部件，各部件之間的連接關(guān)系，有限元分析時所忽略的部件。、工作平安系數(shù)的說明說明各個部件的平安系數(shù)及每個部件不同部位的平安系數(shù)。、分析類型說明指出該分析是哪種類型的分析，是線性分析，非線性分析，屈曲分析，動力分析，接觸分析，模態(tài)分析，還是其它。、工況描述 描述所分析的對象是如何工作的，有幾個危險工況，說明其約束情況及加載

18、情況。、材料描述應(yīng)說明該項結(jié)構(gòu)所用到的所有材料類型，相關(guān)的材料參數(shù)，包括屈服極限，抗拉極限，彈性模量，泊松比，密度，硬化指數(shù)。不同部件的不同部位的許用應(yīng)力值確實定，即為材料的屈服極限或抗拉強度除以其相應(yīng)的平安系數(shù)。、有限元前處理過程描述應(yīng)包括以下內(nèi)容：1模型的導(dǎo)入方式2分析過程中共采用哪些類型的單元，各是在什么部件上應(yīng)用這些單元；各不同種類的單元之間是如何聯(lián)結(jié)的。3各部件之間在聯(lián)結(jié)處是如何處理的。4分析參數(shù)的設(shè)置、分析結(jié)果描述包括兩個局部1以應(yīng)力云圖形式顯示各部件在不同工況下的應(yīng)力分布情況，各個應(yīng)力云圖按照應(yīng)力值從大到小的方式進行排序，所顯示的應(yīng)力值均為超過許用應(yīng)力值的局部。如果分析中沒有出現(xiàn)超出許用應(yīng)力的情況那么只顯示一個應(yīng)力最大值的情況。2關(guān)鍵點