制造业CAE发展的现状及构想.docx

1、制造业CAE发展的现状及构想主要内容提要一、目前分析工作所存在的四个主要问题：1、 事后分析，即很多分析工作都是市场反馈出了问题才进行分析2、 应力测试试验的欠缺3、 分析工作未流程化，分析报告未标准化。4、 分析工作现在只有静强度分析，欠缺动态分析、疲劳分析以及非线性分析。二、工作计划1、 从整体到零部件级的分析，先拿956!来进行。2、 完成对挖掘机结构件的分析。3、 对装载机的动态分析。4、 对装载机的疲劳分析和研究。5、 完成对压路机YZ18J的模态分析6、 完成对两头忙的分析。7、 应力测试工作的全面开展。8、 非线性分析的加强三、技术管理1、 为了能使设计与分析更加密切的结合起来，

2、使分析真正能够参与到设计中去，对于必分析结构，设计者无论是设计新产品还是对某结构做了改动，小批试制在下发图纸以前必须经由分析主管签字确认，否则不予下发。对于重要的或是分析不能十分确定的构件要进行应力测试试验。2、 分析工作未流程化3、 分析报告的标准化。四、分析人员配置1、 近期人员配置强度分析人员2名多刚体动力学分析人员1名2、 远期人员配置 强度分析人员2名多刚体动力学分析2名疲劳分析高手1名非线性分析高手1名五、软件配置现在所用的有限元分析软件主要是MSC公司的Patran、Nastran，UG公司的Femap、NX Nastran。也有做刚体动力学分析的，所用软件为MSC公司的ADAM

3、S。这些软件能购买是最好，购买的主要目的是能够获得他们的技术服务。有限元分析的发展现状及构想强度、刚度、稳定性是机械产品性能的重要衡量指标，理论计算只能满足对简单构件的计算，对于大部分结构运用材料力学理论计算有困难。近年来发展的有限单元法已在机械行业得到了广泛的应用，尤其是在汽车、航天行业已发挥了其强大优势。在我们山东临工利用有限单元法对机械产品进行静强度分析已取得了一些成绩，同时还存在很大的不足，现对分析工作的发展现状做一下汇报，同时对有限元分析的近期工作及远期工作做了构想。一、发展现状1、所做的分析工作 、线性静强度分析下表所列的是所做的一些主要的工作：分析项目分析情况描述试验及实际反馈情

4、况953与ZL50F的结构件强度分析对比对两者同时进行了整车强度分析。由于ZL50F在实际中坏的很少，因而分析目标是使953结构件的应力值均小于ZL50F结构件相应部位的应力值。分析表明在工作装置上两者应力相差不是很大，前车架由于作了较大改动，其在强度上存在尖点，最终设计人员根据分析的结构对前车架结构形状作了改动。1、 对953进行了应力测试试验（由北京试验厂完成），工作装置及后车架的应力实测值与计算值相差在10%以内，前车架上除个别点外，其它实测点应力也基本与计算值相吻合。2、 对953进行了台架试验，台架试验工况要远恶劣于实际工况。试验中各点的破坏顺序均是按有限元中指出的顺序破坏的，即应力

5、值从大到小依次排序。933结构件的静强度分析对933的结构件进行了分析，包括工作装置，前车架，后车架1、 做了台架试验，试验中各危险点的破坏情况与有限分析的结果相吻合。2、 吉林大学樊博士来做动应力试验时也给933的动臂上应力集中点处做了应力测试试验，测试值与分析值误差不超过5%。952工作装置的静强度分析主要是针对952的动臂强度进行了分析，分析表明确实在某些点处存在强度不足的现象，对该结构进行了改进，从而大大降低了破坏点处的应力值。后来经过不断的思考及借鉴他人成果我们又找到了一种更加合理的结构提供给设计人员做参考。1、 进行了台架试验，台架试验的工况相当于实际中的联合工况，该工况对动臂来说

6、是最危险的，但比起实际来没有冲击存在。试验中动臂没有被破坏。2、 进行了应力测试，动臂上各点实测值与计算值误差不到5%。655挖掘机的工作装置静强度分析对其工作装置进行了分析并提出了改进意见915H结构件的静强度分析对最终的工作装置及其前后车架进行了分析并提出了改进见意。 、少量的非线性分析，主是做了970防滚翻驾驶室，该分析历时两个月，使该驾驶室成功满足了国家规定的强度、刚度与吸能标准。2、应力测试情况 、北京试验厂所做的953结构件的静态应力测试 、吉林大学樊老师应课题要求来做过两头忙的铲装部分动态应力测试，同时为我们做了933动臂上一应力集中点的静态应力测试。 、山东大学姜博士应课题要求

7、对953结构件做了静态应力测试 、近期测试组已购买电阻应变仪，应力测试的工作马上可以开展。3、存在问题 、关于许用应力的确定问题。装载机的工作安全系数一般取，理论上来说许用应力应该是材料的屈服极限除以该安全系数，事实上这样并不科学，一是因为针对不同的受力点应当有不同的安全系数，比如尖点安全系数要高于母材的安全系数。二是结构有一定的疲劳寿命，不同部位按照相同的寿命要求将有不同的许用应力值。具体许用应力多大合适现在还不能明确确定，这需要长期的经验积累。 、现在所做很多分析工作都是市场反馈出问题了才进行分析，这样很不妥当，分析的目的在于超前把问题解决，以降低事故出现的可能性，从而为企业避免不必要的损

8、失。既然能进行分析就不能对设计的产品怀着侥幸心理，而应该以分析结果为标准进行相应的设计。建议分析工作作为一个设计必经过程来处理，在下发图纸之前应附带产品的有限元分析说明书。 、应力测试试验做的还远远不够，做好分析工作试验不能缺少，以后应该在试验方面进行加强，尤其是应该有我们自己的测试小组。 、分析工作未流程化，在设计者看来分析工作可有可无，从而大大减少了分析的工作量；、分析报告未标准化。 、分析工作的单一化。现在所做的分析主要是静强度分析，这对提高临工的产品质量还是远远不够的，应该增加分析的种类，开展动态应力分析，疲劳分析，非线性分析。二、对分析工作的构想1、工作计划 、近期工作计划 1.1.

9、1、从整体到零部件级的分析，先拿956来进行。将956各个系统进行解剖，一层一层的展开，分出一级部件，二级部件，哪些是必分析件，需要进行哪些分析。形成一套完整的分析，并制定出必分析件明细。需要2个月的时间。装载机需要分析的几大部分如下： 变矩器总成 变速箱总成变速操纵总成前桥总成传动轴总成后桥总成连杆机构铲斗总成转向器总成前车架后车架驾驶室1.1.2、完善对临工产品的分析。包括以下几个方面：（1）对挖掘机结构件的分析。包括655及670两种类型。时间3个月 对655挖掘机的工作装置部分曾经分析过,但分析过程中对各种工况考虑不是很全面，需要进行完善。另外还需要对其它几个部分进行分析。下面列出了需

10、要分析的几大部分：发动机支承行走系统行走操动工作装置上架总成回转机构总成下架总成推土铲总成 有限元分析完成后应做相应的应力测试试验。然后修改有限元模型，使有限元模型能与实际模型相吻合。依据修改后的有限元模型的结果得出现有挖掘机分析的最终结果，出具分析报告。 与设计人员进行讨论，对某些设计不合理的构件加以修改，使结构满足强度、刚度、稳定性要求。（2）对两头忙的分析。分析的方法如同以上所述的装载机与挖掘机。（3）压路机的模态分析。首先对YZ18J进行分析，由于对这样大型的结构进行模态分析还是第一次，所以需要的时间要长一些，大概需要三个月（期间有别的分析任务可以做）。做完分析后应进行相应的试验以验证

11、分析的正确性，以便将来能够更好的指导实际。该分析结果能够帮助设计人员降低驾驶室的振动，提高结构件的振动强度。1.1.3、应力测试工作的全面开展。现在测试小组已经购买电阻应变仪，再购买一些小的附件就可以开展应力测试工作。拟对公司的主打产品结合有限元分析的结果进行测试，一方面可以提高有限元分析的水平，另一方面会为设计人员提供有用的数据。 、远期工作计划 1.2.1、对装载机的动态分析。动态分析包括两方面的内容，分述如下：（1）装载机在一个工作周期中的应力变化情况。在一个循环过程中会有一些冲击是静态分析所考虑不到的，动态分析可以解决这个问题，这也是现在分析发展的一个方向。做该项分析时应先从有限元前处

12、理中做好模型把各阶模态计算出来，再将结果调入到动力学分析软件（例如ADAMS）中进行整个工作过程的模拟，这样整个过程中各个关节的受力情况及冲击情况就可以模拟出来，然后将结果调入到有限元中再次进行分析计算就可以得出整个工作过程的应力分布情况了。 （2）装载机的动力响应情况。即装载机在受到某种激励的情况下的位移、速度及加速度响应。做装载机的动力响应时应先进行模态分析，而后进行瞬态响应分析，随机振动分析。这些数据对装载机的性能改善很有意义。1.2.2、装载机的疲劳分析。通过疲劳分析可预知装载机的的寿命，利用分析数据对结构进行改进从而提高其寿命，实现等寿命设计，提高产品的可靠性。疲劳寿命分析对我公司现

13、在情况来看很有必要，为了真正能使分析结果来指导实际，该项工作需要经过以下三个过程： （1）软件的配置。现在有限元分析所用的软件为Patran及Nastran，MSC中所用的疲劳分析模块为Fatigue，需要安装接口，这个问题现在正待解决，要想做疲劳分析需要首先解决这个问题。其它有限元软件中有的直接带有这一模块，也可以解决这个问题。 （2）有限元分析阶段。即把已经计算出的应力结果调入到疲劳分析软件中进行计算求出各结构件的疲劳寿命。 （3）试验验证阶段。至少应对其中的一个构件进行疲劳试验，看他的试验寿命，试验方法按照国家标准进行。将该构件的试验寿命与有限元分析得出的寿命相比较，然后根据试验结果对有

14、限元模型进行修正，使得分析结果能够与试验结果相一致。（4）将其它的构件计算出的寿命与试验构件的寿命相比较，修改这些结构使他们的寿命相接近，从而实现等寿命设计。1.2.3、非线性分析的加强。前一段时间做过一个材料非线性的项目，即970防滚翻驾驶室的分析。做了一年多的分析工作，深深感到非线性分析的必要性，做非线性分析可以解决以下几个问题： （1）解决材料非线性问题。在我们的分析结果中有很多地方已超出材料的屈服极限，超过材料极限后就应该用非线性分析而不能继续用线性进行分析。分析表明大部分结构在超过屈服阶段后都能满足一定的寿命要求，也就是说并不是说材料的许用应力必须降在屈服极限以下，因而进行材料非线性

15、分析很有必要。 （2）解决接触问题。在现有的分析中，在铰接处只是近似模拟，在铰接中板附近的应力值及销轴的应力值与实际偏差较大，主要是因为边界条件模拟的不够准确，要想做这个工作需要用到接触非线性的方法。 （3）对零件的加工制造工艺，焊接工艺提出方向上的指导。这一块是非线性的特长。通过模拟能够看出某种加工方法是否合理，焊接过程中会产生什么样的残余应力，从而做出方向上的指导。2、技术管理 、将设计与分析密切结合起来为了能使设计与分析更加密切的结合起来，使分析真正能够参与到设计中去，对于必分析结构，设计者无论是设计新产品还是对某结构做了改动，小批试制在下发图纸以前必须经由分析主管签字确认，否则不予下发

16、。对于重要的或是分析不能十分确定的构件要进行应力测试试验。 如果经过分析后的构件在市场中仍然出现了批量破坏的现象,分析人员将负责对该构件重新进行分析,看是否是分析上的失误，必要时进行相应的应力测试试验。 、制定必分析件标准 对于公司的装载机、挖掘机、压路机、两头忙制定必分析件明细。使设计人员在设计时明确哪些是必须进行分析的，以便下发图纸前签字确认。 、分析过程的流程化。 分析过程应遵循以下流程来进行： 、分析报告的标准化。不同的分析人员将会有不同形式的分析报告，都会存在叙述不全面的现象存在，从而给设计人员的阅读和理解带来困难。分析报告应详细、标准，这样会消除因为人员的变动而引起的报告的多样化，

17、另一方面能使分析的重要内容保存下来，使后来者都能看懂看明白，能够接着以前的工作继续向下进行，不会造成数据的流失。分析报告应包涵以下几个内容：2.4.1、分析原因及目标2.4.2、几何模型描述应阐明分析对象包涵几个部件，各部件之间的连接关系，有限元分析时所忽略的部件。2.4.3、工作安全系数的说明说明各个部件的安全系数及每个部件不同部位的安全系数。2.4.4、分析类型说明指出该分析是哪种类型的分析，是线性分析，非线性分析，屈曲分析，动力分析，接触分析，模态分析，还是其它。2.4.5、工况描述 描述所分析的对象是如何工作的，有几个危险工况，说明其约束情况及加载情况。2.4.6、材料描述应说明该项结

18、构所用到的所有材料类型，相关的材料参数，包括屈服极限，抗拉极限，弹性模量，泊松比，密度，硬化指数。不同部件的不同部位的许用应力值的确定，即为材料的屈服极限或抗拉强度除以其相应的安全系数。2.4.7、有限元前处理过程描述应包括以下内容：（1）模型的导入方式（2）分析过程中共采用哪些类型的单元，各是在什么部件上应用这些单元；各不同种类的单元之间是如何联结的。（3）各部件之间在联结处是如何处理的。（4）分析参数的设置2.4.8、分析结果描述包括两个部分（1）以应力云图形式显示各部件在不同工况下的应力分布情况，各个应力云图按照应力值从大到小的方式进行排序，所显示的应力值均为超过许用应力值的部分。如果分

19、析中没有出现超出许用应力的情况则只显示一个应力最大值的情况。（2）关键点处的应力值列表，标明是否超过许用应力2.4.9、结论 包括两个部分： （1）总结前面的分析结果，指出哪些地方满足要求，哪些地方不符合要求。 （2）提出改进建议、备注。指出需要特别说明的问题3、人员配置 、人员配置的种类及数目近期内能开展的工作是强度分析和动态应力的分析，因而在人员配置方面分近期人员配置和远期人员配置两个方面分别来说明。 3.1.1、近期人员配置强度分析人员2名多刚体动力学分析人员1名 3.1.2、远期人员配置 强度分析人员2名多刚体动力学分析2名疲劳分析高手1名非线性分析高手1名、人员配置的方式。人员配置可以选用公司内部现有员工，由于分析方面的工作经验少，在学校里学到的知识也很有限，因而很多方面的知识应经过专业培训才能较快的掌握，只靠个人的学习很费时间，必将减慢分析工作的发展速度；另一方面，可以从社会上招聘一些有经验的专业分析人士来指导我们的分析工作；还有，可以通过和第二方合作的方式来完成我们需要的某项课题并把做的方法教给我们。4、软件配置 现在所用的有限元分析软件主要是MSC公司的Patran、Nastran，UG公司的Femap、NX Nastran。也有做刚体动力学分析的，所用软件为MSC公司的ADAMS。这些软件能购买是最好，购买的主要目的是能够获得他们的服务。