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CAE/模拟仿真 |
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运用数字化设计技术解决产品研发难题 |
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作者： |
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一、利用I-DEAS软件解决七一O所柴油发电机底座问题
七一O所在研制柴油发电机时，沿袭的是传统的经验设计的思路，因此在满足产品性能参数的情况下，总是以牺牲产品的重量和成本为代价。为减轻柴油发电机组架的重量，降低产品的研制成本，科研人员大胆运用了数字设计软件I-DEAS的设计、计算、分析和优化工具，在满足产品性能的前提下，大大降低了产品的重量。
图1为发电机组架总体布局图，其中A、B、C、D四点为发电机组架的主要受力载荷点，在正常运行工作中，A、B、C、D四点同时受到来自X、Y、Z轴向的冲击。
图1 产品模型及受力状况
按照传统的设计思路、经验及原有产品的方案，发电机组底座的设计图如图2所示。
图2 产品初始设计方案
首先，我们将初期设计方案按要求进行仿真分析，并在此基础上同设计师进行有效沟通，使设计方案得到优化，产品性能得到提高，产品质量显著降低，从而解决了产品一贯以牺牲产品质量为代价的设计问题。
1.对初始方案进行建模及仿真分析
（1）定义边界条件，划分单元与结点
图3 边界条件、单元及节点
如图3所示，按设计要求将柴油机发电机底座两个面全约束；柴油机重心（A）、大飞轮重心（B）、电机扩大机重心（C）、发电机重心（D）；施加三个方向的冲击力（第一组）以及自重；A、B、C、D四点均采用与发电机底座刚性连接。
（2）进行线性求解
按设计要求定义材料特性，划分单元节点，利用Lanczos算法进行求解，结果如图4所示。
图4 应力应变仿真图
求解的结果为柴油机发电机底座最大应力为465Mpa，最大应变1.19mm，基本满足设计要求，但应力及变形值偏大，需要进一步优化。
2.柴油机发电机组底座优化
根据分析结果，柴油机发电机组底座本身强度足够，可以去掉一些槽钢；柴油机支承座与发电机支承座应力应变较大，需要强化。与设计师沟通并进行优化后各部分建模如图5所示。
图5 对初始方案进行优化后的模型对比图
对优化后的模型进行冲击力的计算，结果如图6所示。
图6 产品优化后的应力应变分析仿真图
求解结果为最大应力356Mpa，最大应变0.67mm，满足设计要求。
3．结论
经过优化后产品的结构强度增加23.4%，变形减少43.7%，重量减轻26.8%，如表1所示。
表1
最大应力(MPa) 最小应力(MPa) 最大应变(mm) 最小应变(mm)
优化前 465 0.00687 1.19 0
优化后 356 0.00403 0.67 0
经过优化后柴油机发电机座重量减轻约450kg，如表2所示。
表2
公用底座(Kg) 柴油机支架(Kg) 发电机支架(Kg) 轴承支架(Kg) 合计(Kg)
优化前 1142.17 32.61 92.04 120.09 1690.86
优化后 642.44 38.02 100.25 120.09 1237.19
通过该例，我们可以看出，利用高端软件不仅可以解决产品设计的瓶颈问题，更能扩宽设计师的思维空间，将原先不能确定的方案通过软件予以验证，从而提高产品的性能。
二、数字化设计软件的整体配置
数字化设计思路不仅是一种设计思路，更是一种思维变革。但由于数字化设计软件研发成本高，怎样发挥整体优势，将先进生产工具合理、高效地配置于全所，就显得尤为重要。
1．网络结点配置
高端软件的一个特点便是权限控制的网络化，其使用权限是浮动的，而权限服务器只有一个。因此我们可充分利用这一点，在全厂（所）联网的基础上，将其安装到需要的工作站点中去，根据网络拓扑图，选择一个服务器作为权限服务器，只要求各个站点能与服务器通信，便可安装该站点。
图7 数字化设计网络配置简化图
如图7所示，选取S2服务器作为权限服务器，确保任何工作站点与之通信，便可安装I-DEAS软件，通过相关的配置，即可使其应用该软件。
2．软件不同模块的权限配置
高端数字化设计软件一般包括了研发、设计、分析、测试、制造和优化等诸多模块。如何根据企业自身的特点合理选型，将有限的经费应用到所需的功能模块中去相当重要。根据不同企业的性质购买设计、分析和制造等模块，根据每个模块如实体建模、曲面选型的功能不同，又可将重点放在具体的选型上。从而合理利用资金，使企业的设计能力最大化。
3．用户数据存储方案的优化
高端软件的应用会产生大量的信息，一个模型文件可能占用近1G的磁盘空间。如此巨大的数据流若每次存取于网络数据服务器，网络会严重堵塞，但若不存放于数据服务器，则数据因硬件损坏而丢失的风险就会长期存在。为解决这个问题，可采用目前流行的大容量数据存储方式，如NAS等技术，也可用专业软件使其数据于本地调用，异地与本地同时存储。这样既解决了数据调用耗时问题，又降低了数据丢失的风险。(end)
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(9/1/2004) |
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