面臨的挑戰(zhàn)：

來自海克斯康的解決方案：

a)模擬仿真軟件

目前制造業(yè)應(yīng)用模擬仿真技術(shù)的比例日趨增高，在實(shí)際投產(chǎn)之前，仿真軟件可以協(xié)助做相關(guān)的模擬分析，進(jìn)而提前映射出在之后的生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題。在專業(yè)工程師操作下，準(zhǔn)確率可達(dá)80%以上，在壓縮機(jī)行業(yè)，針對壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及所在工況，可以進(jìn)行靜力學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)優(yōu)化分析，聲學(xué)分析，流體分析等。

?靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析模塊

針對靜力學(xué)分析功能，可求解結(jié)構(gòu)在靜力載荷作用下的變形和應(yīng)力，分析其強(qiáng)度與剛度問題。包含線性靜力分析及非線性靜力分析，具體應(yīng)用包括零部件及整機(jī)的強(qiáng)度、剛度校核、部件裝配性能等。

針對動(dòng)力學(xué)分析功能，可做模態(tài)分析，瞬態(tài)、頻率響應(yīng)分析，隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析，噪聲分析等，具體應(yīng)用包括零部件及整機(jī)的模態(tài)分析，工作過程的應(yīng)力響應(yīng)分析，減振、隔振系統(tǒng)的性能及優(yōu)化分析等。

?壓縮機(jī)零部件強(qiáng)度和剛度分析模塊

該壓縮機(jī)可靠性驗(yàn)證階段發(fā)生曲軸斷裂，經(jīng)分析斷裂主要原因?yàn)閿嗔寻l(fā)生位置應(yīng)力較大，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。原始方案曲軸軸端撓度較大為0.434mm，改善后曲軸軸端撓度為0.123mm，解決轉(zhuǎn)子掃膛問題。

壓縮機(jī)上蓋裂紋與仿真

該壓縮機(jī)可靠性驗(yàn)證階段上蓋出現(xiàn)裂紋，經(jīng)分析裂紋處應(yīng)力遠(yuǎn)大于材料許用應(yīng)力，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。

該壓縮機(jī)開發(fā)過程中，對泵體施加螺釘預(yù)緊力合理性進(jìn)行判斷分析，從左圖中可發(fā)現(xiàn)泵體整體向上法蘭移動(dòng)，且變形量較大，最大變形為0.0464mm，影響泵體設(shè)計(jì)間隙，確定需進(jìn)一步減小螺釘預(yù)緊力。

?空調(diào)壓縮機(jī)配管振動(dòng)模塊

對于此類工況重點(diǎn)分析以下內(nèi)容：

①結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析：通過整體系統(tǒng)的模態(tài)分析，確定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型；

②結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)響應(yīng)分析，確定管路系統(tǒng)在壓縮機(jī)正常工作時(shí)的位移和應(yīng)力；

③為降低管路的振動(dòng)，確定配重方案。

?壓縮機(jī)振動(dòng)性能優(yōu)化模塊

分別以轉(zhuǎn)子的鋁端和平衡鐵片的密度為變量，以壓縮機(jī)頂部測點(diǎn)的振動(dòng)加速度為目標(biāo)函數(shù)，利用優(yōu)化功能模塊對轉(zhuǎn)子平衡塊的密度進(jìn)行優(yōu)化。

壓縮機(jī)振動(dòng)性能優(yōu)化

在優(yōu)化過程中，由于是以密度為變量，這在工程實(shí)際中實(shí)現(xiàn)起來有一定困難，但在概念設(shè)計(jì)階段對平衡配重的選取有一定的指導(dǎo)意義。

通過對壓縮機(jī)動(dòng)平衡測試進(jìn)行虛擬仿真分析，可以大大減少物理樣機(jī)試驗(yàn)數(shù)量，減少產(chǎn)品開發(fā)成本及制造成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

?多體動(dòng)力學(xué)仿真分析模塊

典型案例

此案例的目標(biāo)主要是找到儲(chǔ)液器回轉(zhuǎn)振動(dòng)最小平衡塊配平組合方案。分析中需要考慮四個(gè)優(yōu)化變量：平衡塊A質(zhì)量、平衡塊B質(zhì)量、平衡塊A位置、平衡塊B位置。對四個(gè)變量設(shè)定變化范圍，以儲(chǔ)液器回轉(zhuǎn)振動(dòng)最小為目標(biāo)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)優(yōu)化仿真分析。在Adams中建立動(dòng)力學(xué)模型和優(yōu)化設(shè)置如下圖所示。

動(dòng)力學(xué)優(yōu)化仿真模型

①建立了完善的壓縮機(jī)振動(dòng)仿真方法。

②通過Adams仿真優(yōu)化的方法找到了平衡塊配平較好的組合方式。

③通過平衡塊優(yōu)化，使得高轉(zhuǎn)速振動(dòng)下降5~15%。

?壓縮機(jī)聲學(xué)分析模塊

壓縮機(jī)尤其是空氣壓縮機(jī)是一類強(qiáng)噪聲設(shè)備，強(qiáng)烈的噪聲可以使人產(chǎn)生頭暈、惡心、心律過速、高血壓等癥狀，不僅導(dǎo)致人們的工作和生活質(zhì)量下降，而且容易引發(fā)安全事故和人際關(guān)系矛盾，因此壓縮機(jī)聲輻射分析是此類產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的一塊重要內(nèi)容。

壓縮機(jī)聲輻射分析需要考慮的內(nèi)容通常有：

①準(zhǔn)確的壓縮機(jī)模型建立：

–包括和聲學(xué)相關(guān)的所有細(xì)節(jié)

–部件間的焊接連接和螺釘連接

–流體和氣體區(qū)域

–流體 / 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)耦合

②采用實(shí)際邊界條件的激勵(lì)：

–壓縮機(jī)工作過程的壓力載荷

–曲軸支撐軸承上的力載荷

Actran是一款功能強(qiáng)大的專業(yè)振動(dòng)、聲學(xué)仿真求解軟件，能夠準(zhǔn)確、高效的模擬振動(dòng)輻射噪聲、聲致振動(dòng)等流固耦合問題。其豐富的氣動(dòng)噪聲計(jì)算方法不僅可以在時(shí)域、頻域中進(jìn)行流致噪聲問題的求解，還可以基于穩(wěn)態(tài)的流體動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果，快速的進(jìn)行氣動(dòng)噪聲的預(yù)測分析。

?流體分析模塊

SC/Tetra具有復(fù)雜網(wǎng)格生成功能，高速計(jì)算能力，且操作界面友好。其前處理可以幫助入門級(jí)用戶建立復(fù)雜的模型以及生成高質(zhì)量的網(wǎng)格。應(yīng)用范圍廣泛，適用于汽車，航空航天，機(jī)械設(shè)備，造船，家電。

不連續(xù)網(wǎng)格

可計(jì)算含物體運(yùn)動(dòng)的流動(dòng)，包括風(fēng)機(jī)和渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)以及汽車或火車的行駛（平移）。該功能在進(jìn)行分析時(shí)可考慮到盤式制動(dòng)器中轉(zhuǎn)子與墊之間的剪切發(fā)熱。該功能還可以分析旋轉(zhuǎn)和平移的組合，例如活塞泵。

適用于：風(fēng)機(jī)，渦輪機(jī)，汽車或火車形式，活塞泵等

重疊網(wǎng)格

可將移動(dòng)區(qū)域的網(wǎng)格與靜止區(qū)域的網(wǎng)格重疊，該功能能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)有功能無法實(shí)現(xiàn)的問題（例如變形或旋轉(zhuǎn)）。此外，還支持物體接觸、多個(gè)移動(dòng)區(qū)域重疊。該功能可用于分析發(fā)動(dòng)機(jī)氣道閥門的開啟和關(guān)閉以及與其齒輪一起工作的齒輪泵。

適用于：發(fā)動(dòng)機(jī)氣道閥門，齒輪泵等。

在壓縮機(jī)相關(guān)仿真領(lǐng)域，另一核心難點(diǎn)在于運(yùn)動(dòng)部件和嚙合零間隙的分析。這恰恰是Cradle 流體仿真軟件的強(qiáng)項(xiàng)。

齒輪泵以及齒輪，壓縮機(jī)等方面，可以采用重疊網(wǎng)格技術(shù)解決最難的網(wǎng)格問題。

?熱模鍛仿真模塊

熱模鍛仿真是當(dāng)今CAE領(lǐng)域不可分割的一環(huán)。 本軟件模塊將便捷、直觀、易用集成在一起，為熱鍛工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供高質(zhì)量的指導(dǎo)和預(yù)測。它能夠過減少開發(fā)循環(huán)次數(shù)降低研發(fā)成本、降低試驗(yàn)成本，縮短新品上市周期。優(yōu)化模具使用壽命，降低模具成本；提高機(jī)器利用率，從而降低固定成本；提高材料利用率，降低生產(chǎn)成本（比如減少毛刺等）；優(yōu)化工藝過程，降低制造成本；提高單個(gè)工藝過程的效率，降低能源成本。同時(shí)提高工藝穩(wěn)定性，提高了目標(biāo)工件質(zhì)量；

熱鍛模塊可對零件制造的整個(gè)熱鍛工藝鏈進(jìn)行全方位仿真：比如從坯料下料開始，承接坯料初始熱處理、鐓粗、預(yù)成形和終鍛、修邊、沖壓、校正、冷卻、最終熱處理等。主要用于高于再結(jié)晶溫度成形的工藝仿真，除熱模鍛成形仿真之外，模塊中還包含了切邊、加熱、冷卻、磨具應(yīng)力分析等一系列與熱鍛相關(guān)的仿真模塊，滿足全方位的仿真需求。 除此之外，還支持其它類似的熱擠壓成形仿真：比如說軋制工藝仿真。該模塊不僅可以對坯料的軋制過程進(jìn)行仿真，還可在一定精度上還原軋機(jī)和軋輥的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，并對模具應(yīng)力進(jìn)行分析，還可非常精準(zhǔn)的還原設(shè)備運(yùn)動(dòng)規(guī)律。用戶可按需對模具的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行方便的定位，一旦定義后，軟件會(huì)自動(dòng)將運(yùn)動(dòng)規(guī)范保存到數(shù)據(jù)庫中以備后續(xù)使用，協(xié)助進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。

用戶通過仿真將實(shí)際的測試和優(yōu)化搬運(yùn)到虛擬電腦中，大大節(jié)約了成本。

熱鍛模塊采用獨(dú)有的雙求解器（FE和FV）求解技術(shù)，內(nèi)置強(qiáng)大的沖壓、摩擦數(shù)據(jù)庫，且支持簡便的用戶自定義材料數(shù)據(jù)輸入，能夠?yàn)橛脩籼峁┓浅Ｈ?、快速、?zhǔn)確的仿真。輕松打破2D與3D直接的仿真界限，在工藝鏈中進(jìn)行2D和3D的混合仿真，或進(jìn)行全工藝的3D仿真，實(shí)現(xiàn)工藝鏈無縫對接計(jì)算，結(jié)果自動(dòng)傳遞。雙求解器優(yōu)勢互補(bǔ)，使用FV求解器可進(jìn)行可靠、精確的皺褶檢測，通過FE保證高效的求解速度，能夠有效應(yīng)對各種任務(wù)：模具、設(shè)備剛度的快速定義；工藝過程的魯棒性分析；對CAD數(shù)據(jù)格式進(jìn)行自動(dòng)離散；通過模具應(yīng)力分析功能，可對模具見的裝配關(guān)系所產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行仿真；基于非耦合仿真方法進(jìn)行模具應(yīng)力仿真；定義彈簧模具；實(shí)現(xiàn)沖孔、修邊仿真并簡便轉(zhuǎn)換模具類型（將模具類型轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺冃文＞呋驇鳠岬膭傂阅＞撸?；無飛邊精細(xì)模鍛；考慮壓力機(jī)撓度的仿真設(shè)計(jì)；進(jìn)行壓力演變預(yù)測分析；彈塑性熱力耦合材料模型；預(yù)測回彈和殘余應(yīng)力；對機(jī)械連接結(jié)果進(jìn)行虛擬拉伸試驗(yàn)；進(jìn)行帶結(jié)果的后處理裝配計(jì)算；并能根據(jù)分析結(jié)果，自動(dòng)生成結(jié)果評價(jià)報(bào)告。

熱鍛工藝模擬

實(shí)現(xiàn)熱鍛、開式模鍛、閉式模鍛、熱擠壓、模鍛、錘鍛、多向模鍛等熱成形工藝仿真分析。熱鍛工藝包括兩種算法：有限單元法（FEM）和有限體法（FV），分別對應(yīng)隱式非線性求解器和顯示非線性求解器。兩種算法可以相互切換，即使用有限體法（FV）可以快速高效的計(jì)算大變形金屬材料流動(dòng)和折疊，幫助用戶判斷金屬的材料流動(dòng)和折疊情況，同樣使用有限單元法（FEM）也可以分析材料流動(dòng)和折疊，但是計(jì)算效率稍微低點(diǎn)。這樣用戶可以使用兩種算法交互優(yōu)化模型。同樣可以多工序連續(xù)仿真成形。

多向熱鍛成形

可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜變形；多個(gè)工具、多個(gè)方向作用變形，很好的、精準(zhǔn)的控制各個(gè)工具的精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)容易，定義簡單。

多向鍛造：熱連鍛工藝

從加熱分析到多次鍛壓工序，每次仿真分析都考慮上一工序的溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等結(jié)果分布，保證了和實(shí)際分析的對應(yīng)，充分考慮各工序的變形過程和變形結(jié)果

熱連鍛工藝

有限體積法：獨(dú)有的有限體積法，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜材料加工工藝仿真。快速計(jì)算成形。

有限體積法模鍛成形

?焊接仿真模塊

焊接仿真模塊能夠逼真的預(yù)測焊接變形及殘余應(yīng)力，并幫助用戶制定最優(yōu)的焊接順序，以便將變形程度與殘余應(yīng)力降低到最小。通過在熱影響區(qū)內(nèi)對微結(jié)構(gòu)屬性進(jìn)行計(jì)算，自動(dòng)將零部件之間復(fù)雜的接觸情況納入操作范圍，并對焊縫屬性（尤其是焊縫強(qiáng)度）進(jìn)行分析，讓用戶最大化的避免焊接缺陷，例如熱裂。同時(shí)，能夠運(yùn)用真實(shí)的工裝幾何形狀，將夾緊力也納入了分析范圍，協(xié)助客戶選擇最優(yōu)的夾緊裝置。

本軟件通過預(yù)測工件最終的輪廓，可將誤差降至最低，協(xié)助批量生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)整個(gè)焊接過程的全部工藝步驟可視化，因此能夠?qū)附舆^程進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，影響因素以及不同變化之間的對比一目了然。

本軟件不僅考慮到了加熱在焊接過程中的作用， 也可以同時(shí)創(chuàng)建初始的焊接過程，如：電阻點(diǎn)焊仿真。還可以解決有關(guān)焊接設(shè)備參數(shù)設(shè)置以及焊接工藝穩(wěn)定性的問題。此外，還可以對焊接過程中涂層影響以及焊點(diǎn)順序進(jìn)行分析。

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