CAE在阀门制造领域的仿真分析与应用

 CAE技术能够给工业企业产品研发带来巨大的经济效益，这已成为不争的事实。以ANSYS、LS-DYNA等为代表的高端CAE软件早已活跃在全球各行各业中，将“基于物理样机试验的传统设计方法”带入基于“虚拟样机仿真的现代设计方法”，将大幅度缩短产品开发周期，降低成本，提高企业竞争力！应用CAE技术进行阀门的分析设计，将使阀门设计领域发生根本变革，推动阀门设计方法及设计技术的进步。

 随着世界制造业中心逐步向我国转移，我国的阀门制造业也发生了一系列重大变化：

 （1）阀门产品呈现出大型化、高参数化、高可靠性、自动化、成套化等趋势，且随着数量越来越大，档次也越来越高，技术密集及附加值大幅度提高；

 （2）生产模式由过去的大批量、少品种向小批量、多品种以及按用户订货要求制造的方向发展，需求的多样化使产品结构日益复杂；

 （3）企业由于受到市场压力的作用。目前大多存在以销定产的情况，供货周期短，产品的质量、交货期和价格已成为影响企业竞争力的三个决定因素。以上这些特点，都为产品的设计技术提出了更高的要求。

 从阀门行业的情况看更是如此。另据资料显示，几乎50%~90%结构或零部件的失效都是由于材料疲劳引起的。据1996年劳动部对200起压力管道事故的原因分析显示，设计原因占了11%。可见，设计工作在阀门制造业中的地位是非常重要的。

 近些年来的实践证明，将CAE技术应用于制造业，进行传统制造业的改造，是现代制造业发展的必由之路。据专家估计，由于现代科技的进步，今后15年制造技术的发展将超过以往的75年。

 潜在的问题越早地得到解决，设计的成本与周期的降低效果越明显。因此，CAE分析应该提前到概念设计阶段，在零部件设计阶段就应该进行CAE分析。设计人员负责对自己设计的零部件进行分析，已成为企业的迫切需求。

 阀门制造业中，按照产品设计流程。CAE技术可在如下几个步骤发挥作用：

 （1）根据市场需求、产品功能及商业考虑等进行产品规划、方案设计，CAE可以用来完成基础设计的验证、不同方案的比较。满足功能、性能方面的要求。并为企业领导层进行产品决策提供参考，回答是否能够在预定时间、预定成本等约束条件下开发出能满足要求的产品的问题。这一阶段主要进行较为详细的、带有一定目标的预演。

 （2）详细设计阶段

 在这个阶段，所有的设计将全部展开，从系统设计、装配部件、子装配、零件设计，直到图纸、材料、制造工艺等。CAE分析在这个阶段的作用，就是验证各种部件是否能满足预期的性能（如结构强度、刚度、动力特性等），制造上是否可行。

 （3）样机试验阶段

 试验阶段是设计完成后的关键阶段，大多数企业（尤其特种阀门制造企业）艘是先制造物理样机然后投入试验。如果某些地方试验失败，就要重新设计，重新制造，重新试验。如此反复直到定型通过。显然，这样反复多次的“设计、试验、修改”过程，既耗费时间，费用又极为昂贵。如果采用CAE分析，样机的数量和重新制造、重新试验的次数必然会减少。在数字样机的仿真试验中发现问题，修改设计，与物理样机相比，显然其成本会降低很多。据统计，数字样机的开发方式能够减少一半以上的物理样机制造和试验，从而争取到更多的时间，节约大量的费用。

 更进一步，CAE仿真的数字样机可以使物理试验更快获得通过。事实上，CAE分析可以“透视”整个样机的试验，显示出所有检测点的数据，设计人员可以通过软件在实际试验之前就掌握最佳测试方法和最可能的载荷/激励位置，从而显着地减少试验时间，尽可能避免在试验现场进行“猜测”。

 （4）产品测试评估阶段

 这一阶段主要是利用CAE软件对产品成本、产品性能、产品质量和加工特性作出全面真实的评价。从而为设计更改和产品的生产提供可靠依据。

 通过一个例子。可以看到减少物理样机的制造和试验，为企业带来的收益。美国某汽车配件公司一直采用传统的“设计、试验、修改”方式进行配件设计。将CAE分析技术应用到某些样机试验场合后，他们减少了50%的物理样机以及试验费用，而且还更快地完成了这些部件的设计、验证工作。

 阀门制造业的竞争将是设计的竞争。在我国由制造业大国向制造业强国迈进的过程中。阀门制造业新产品设计、开发能力严重不足的状况亟待改变。

 CAE方法作为高效可靠的设计手段．其应用范围已从对已设计产品性能的简单校核迅速扩展到对产品设计和加工过程的准确预测，直到产品全生命周期的精确模拟。阀门制造业采用CAE技术，将大大提高阀门设计质量和效率，并取得显着的经济效益。

 有限元小编寄语

 现代企业必须采用先进的技术手段，缩短开发和制造周期，降低成本，提高质量，使企业具备很强的应变能力，迅速响应用户的各项要求，并能根据科技发展和市场需求的变化，及时调整产品的类型和结构。深圳市有限元科技有限公司是一家以计算机辅助工程CAE为主业，以工程仿真软件开发为核心，集CAE咨询、CAE培训、CAE软件研发与销售为一体的高科技企业。如有业务的需要请联系电话：13632683051，咨询QQ：4006046636。

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