制造业CAE发展的现状及构想

1、主要内容提要一、目前分析工作所存在的四个主要问题：事后分析，即即很多分分析工作作都是市市场反馈馈出了问题才才进行分分析应力测试试试验的欠欠缺分析工作未未流程化化，分析析报告未未标准化化。分析工作现现在只有有静强度度分析，欠缺动态分析、疲劳分析以及非线性分析。二、工作计计划从整体到零零部件级级的分析析，先拿拿9566!来进进行。完成对挖掘掘机结构构件的分分析。对装载机的的动态分分析。对装载机的的疲劳分分析和研究。完成对压路路机YZZ18JJ的模态态分析完成对两头头忙的分分析。应力测试工工作的全全面开展展。非线性分析析的加强强三、技术管管理为了能使设设计与分分析更加加密切的的结合起起来，使使分析真

2、真正能够够参与到到设计中中去，对对于必分分析结构构，设计计者无论论是设计计新产品品还是对对某结构构做了改改动，小小批试制制在下发发图纸以以前必须须经由分分析主管管签字确确认，否否则不予予下发。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。分析工作未未流程化化分析报告的的标准化化。四、分析人人员配置置近期人员配配置强度分析析人员22名多刚体动动力学分分析人员员1名远期人员配配置 强度分分析人员员2名多刚体动动力学分分析2名名疲劳分析析高手11名非线性分分析高手手1名五、软件配配置现在所用的的有限元元分析软软件主要要是MSSC公司司的Paatraan、NNasttrann，UGG公司的的

3、Femmap、NNX NNasttrann。也有有做刚体体动力学学分析的的，所用用软件为为MSCC公司的的ADAAMS。这这些软件件能购买买是最好好，购买买的主要要目的是是能够获获得他们们的技术术服务。有限元分析析的发展展现状及及构想强度、刚度度、稳定定性是机机械产品品性能的的重要衡衡量指标标，理论论计算只只能满足足对简单单构件的的计算，对对于大部部分结构构运用材材料力学学理论计计算有困困难。近近年来发发展的有有限单元元法已在在机械行行业得到到了广泛泛的应用用，尤其其是在汽汽车、航航天行业业已发挥挥了其强强大优势势。在我我们山东东临工利利用有限限单元法法对机械械产品进进行静强强度分析析已取得得

4、了一些些成绩，同同时还存存在很大大的不足足，现对对分析工工作的发发展现状状做一下下汇报，同同时对有有限元分分析的近近期工作作及远期期工作做做了构想想。一、发展现现状1、所做的的分析工工作 1.1、线线性静强强度分析析下表所列的的是所做做的一些些主要的的工作：分析项目分析情况描描述试验及实际际反馈情情况953与ZZL500F的结结构件强强度分析析对比对两者同时时进行了了整车强强度分析析。由于于ZL550F在在实际中中坏的很很少，因因而分析析目标是是使9553结构构件的应应力值均均小于ZZL500F结构构件相应应部位的的应力值值。分析析表明在在工作装装置上两两者应力力相差不不是很大大，前车车架由于

5、于作了较较大改动动，其在在强度上上存在尖尖点，最最终设计计人员根根据分析析的结构构对前车车架结构构形状作作了改动动。对953进进行了应应力测试试试验（由由北京试试验厂完完成），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。对953进进行了台台架试验验，台架架试验工工况要远远恶劣于于实际工工况。试试验中各各点的破破坏顺序序均是按按有限元元中指出出的顺序序破坏的的，即应应力值从从大到小小依次排排序。933结构构件的静静强度分分析对933的的结构件件进行了了分析，包包括工作作装置，前前车架，后后车架做了台架试试验，试试验中各各危险点点的

6、破坏坏情况与与有限分分析的结结果相吻吻合。吉林大学樊樊博士来来做动应应力试验验时也给给9333的动臂臂上应力力集中点点处做了了应力测测试试验验，测试试值与分分析值误误差不超超过5%。952工作作装置的的静强度度分析主要是针对对9522的动臂臂强度进进行了分分析，分分析表明明确实在在某些点点处存在在强度不不足的现现象，对对该结构构进行了了改进，从从而大大大降低了了破坏点点处的应应力值。后后来经过过不断的的思考及及借鉴他他人成果果我们又又找到了了一种更更加合理理的结构构提供给给设计人人员做参参考。进行了台架架试验，台台架试验验的工况况相当于于实际中中的联合合工况，该该工况对对动臂来来说是最最危险的

7、的，但比比起实际际来没有有冲击存存在。试试验中动动臂没有有被破坏坏。进行了应力力测试，动动臂上各各点实测测值与计计算值误误差不到到5%。655挖掘掘机的工工作装置置静强度度分析对其工作装装置进行行了分析析并提出出了改进进意见915H结结构件的的静强度度分析对最终的工工作装置置及其前前后车架架进行了了分析并并提出了了改进见见意。 1.2、少少量的非非线性分分析，主主是做了了9700防滚翻翻驾驶室室，该分分析历时时两个月月，使该该驾驶室室成功满满足了国国家规定定的强度度、刚度度与吸能能标准。2、应力测测试情况况 2.1、北北京试验验厂所做做的9553结构构件的静静态应力力测试 2.2、吉吉林大学学

8、樊老师师应课题题要求来来做过两两头忙的的铲装部部分动态应力力测试，同同时为我我们做了了9333动臂上上一应力力集中点点的静态态应力测试试。 2.3、山山东大学学姜博士士应课题题要求对对9533结构件件做了静静态应力力测试 2.4、近近期测试试组已购购买电阻阻应变仪仪，应力力测试的的工作马马上可以以开展。3、存在问问题 3.1、关于许许用应力力的确定定问题。装装载机的的工作安安全系数数一般取取1.55，理论上上来说许许用应力力应该是是材料的的屈服极极限除以以该安全全系数，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

9、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。 33.2、现现在所做做很多分分析工作作都是市市场反馈馈出问题题了才进进行分析析，这样样很不妥妥当，分分析的目目的在于于超前把把问题解解决，以以降低事事故出现现的可能能性，从从而为企企业避免免不必要要的损失失。既然然能进行行分析就就不能对对设计的的产品怀怀着侥幸幸心理，而而应该以以分析结结果为标标准进行行相应的的设计。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。 33.3、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

10、面进行加强，尤其是应该有我们自己的测试小组。 33.4、分析析工作未未流程化化，在设设计者看看来分析析工作可可有可无无，从而而大大减少了了分析的的工作量量；3.5、分分析报告告未标准准化。 33.5、分分析工作作的单一一化。现现在所做做的分析析主要是是静强度度分析，这这对提高高临工的的产品质质量还是是远远不不够的，应应该增加加分析的的种类，开开展动态态应力分分析，疲疲劳分析析，非线线性分析析。二、对分析析工作的的构想1、工作计计划 11.1、近近期工作作计划 11.1.1、从从整体到到零部件件级的分分析，先先拿9556来进行行。将9956各个系系统进行行解剖，一一层一层层的展开开，分出出一级部

11、部件，二二级部件件，哪些些是必分分析件，需需要进行行哪些分分析。形形成一套套完整的的分析，并并制定出出必分析析件明细细。需要要2个月的的时间。装载机需要分析的几大部分如下： 变矩器器总成 变速箱箱总成变速操纵纵总成前桥总成成传动轴总总成后桥总成成连杆机构构铲斗总成成转向器总总成前车架后车架驾驶室1.1.22、完善对对临工产产品的分分析。包包括以下下几个方方面：（1）对挖挖掘机结结构件的的分析。包包括6555及6670两两种类型型。时间间3个月月 对6555挖掘掘机的工工作装置置部分曾曾经分析析过,但但分析过过程中对对各种工工况考虑虑不是很很全面，需需要进行行完善。另另外还需需要对其其它几个个部

12、分进进行分析析。下面面列出了了需要分分析的几几大部分分：发动机支支承行走系统统行走操动动工作装置置上架总成成回转机构构总成下架总成成推土铲总总成 有限元元分析完完成后应应做相应应的应力力测试试试验。然然后修改改有限元元模型，使使有限元元模型能能与实际际模型相相吻合。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。 与设计计人员进进行讨论论，对某某些设计计不合理理的构件件加以修修改，使使结构满满足强度度、刚度度、稳定定性要求求。（2）对两两头忙的的分析。分析的方法如同以上所述的装载机与挖掘机。（3）压路路机的模模态分析析。首先先对YZZ18JJ进行分分析，由由于对这这样大

13、型型的结构构进行模模态分析析还是第第一次，所所以需要要的时间间要长一一些，大大概需要要三个月月（期间间有别的的分析任任务可以以做）。做做完分析析后应进进行相应应的试验验以验证证分析的的正确性性，以便便将来能能够更好好的指导导实际。该该分析结结果能够够帮助设设计人员员降低驾驾驶室的的振动，提提高结构构件的振振动强度度。1.1.33、应力测试试工作的的全面开开展。现现在测试试小组已已经购买买电阻应应变仪，再再购买一一些小的附附件就可可以开展展应力测测试工作作。拟对公司司的主打打产品结结合有限限元分析析的结果果进行测测试，一一方面可可以提高高有限元元分析的的水平，另另一方面面会为设设计人员员提供有有

14、用的数数据。 11.2、远远期工作作计划 11.2.1、对对装载机机的动态态分析。动动态分析析包括两两方面的的内容，分述如下：（1）装载载机在一一个工作作周期中中的应力力变化情情况。在在一个循循环过程程中会有有一些冲冲击是静静态分析析所考虑虑不到的的，动态态分析可可以解决决这个问问题，这这也是现现在分析析发展的的一个方方向。做做该项分分析时应应先从有有限元前前处理中中做好模模型把各各阶模态态计算出出来，再再将结果果调入到到动力学学分析软软件（例例如ADDAMSS）中进行整整个工作作过程的的模拟，这这样整个个过程中中各个关关节的受受力情况况及冲击击情况就就可以模模拟出来来，然后后将结果果调入到到

15、有限元元中再次次进行分分析计算算就可以以得出整整个工作作过程的的应力分分布情况况了。 （2）装装载机的的动力响响应情况况。即装装载机在在受到某某种激励励的情况况下的位位移、速速度及加加速度响响应。做做装载机机的动力力响应时时应先进进行模态态分析，而而后进行行瞬态响响应分析析，随机机振动分分析。这这些数据据对装载载机的性性能改善善很有意意义。1.2.22、装载载机的疲疲劳分析析。通过过疲劳分分析可预预知装载载机的的的寿命，利利用分析析数据对对结构进进行改进进从而提提高其寿寿命，实实现等寿寿命设计计，提高高产品的的可靠性性。疲劳劳寿命分分析对我我公司现现在情况况来看很很有必要要，为了了真正能能使分

16、析析结果来来指导实实际，该该项工作作需要经经过以下下三个过过程： （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）试试验验证证阶段。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限元模型进行修

17、正，使得分析结果能够与试验结果相一致。（4）将其其它的构构件计算算出的寿寿命与试验构件件的寿命命相比较较，修改改这些结结构使他他们的寿寿命相接接近，从从而实现现等寿命命设计。1.2.33、非线线性分析析的加强强。前一一段时间间做过一一个材料料非线性性的项目目，即9970防防滚翻驾驾驶室的的分析。做做了一年年多的分分析工作作，深深深感到非非线性分分析的必必要性，做做非线性性分析可可以解决决以下几几个问题题： （1）解解决材料料非线性性问题。在在我们的的分析结结果中有有很多地地方已超超出材料料的屈服服极限，超超过材料料极限后后就应该该用非线线性分析析而不能能继续用用线性进进行分析析。分析析表明大大

18、部分结结构在超超过屈服服阶段后后都能满满足一定定的寿命命要求，也也就是说说并不是是说材料料的许用用应力必必须降在在屈服极极限以下下，因而而进行材材料非线线性分析析很有必必要。 （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）对对零件的的加工制制造工艺艺，焊接接工艺提提出方向向上的指指导。这这一块是是非线性性的特长长。通过过模拟能能够看出出某种加加工方法法是否合合理，焊焊接过程程中会产产生什么么样的残残余应力力，从而而做出方方向上的的指导。2、技术管管理

19、 2.1、将将设计与与分析密密切结合合起来为了能使设设计与分分析更加加密切的的结合起起来，使使分析真真正能够够参与到到设计中中去，对对于必分分析结构构，设计计者无论论是设计计新产品品还是对对某结构构做了改改动，小小批试制制在下发发图纸以以前必须须经由分分析主管管签字确确认，否否则不予予下发。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。 如果果经过分分析后的的构件在在市场中中仍然出出现了批批量破坏坏的现象象,分析析人员将负负责对该该构件重重新进行行分析,看是否否是分析析上的失失误，必必要时进进行相应应的应力力测试试试验。 2.2、制制定必分分析件标标准 对于公公司的装装载机、挖挖掘机

20、、压压路机、两两头忙制制定必分分析件明明细。使使设计人人员在设设计时明明确哪些些是必须须进行分分析的，以以便下发发图纸前前签字确确认。 2.3、分析析过程的的流程化化。 分析过过程应遵遵循以下下流程来来进行： 2.4、分析报报告的标标准化。不同的分析析人员将将会有不不同形式式的分析析报告，都都会存在在叙述不不全面的的现象存存在，从从而给设设计人员员的阅读读和理解解带来困困难。分分析报告告应详细细、标准准，这样样会消除除因为人人员的变变动而引引起的报报告的多多样化，另另一方面面能使分分析的重重要内容容保存下下来，使使后来者者都能看看懂看明明白，能能够接着着以前的的工作继继续向下下进行，不不会造成

21、成数据的的流失。分析报报告应包包涵以下下几个内内容：2.4.11、分析析原因及及目标2.4.22、几何何模型描描述应阐明分析析对象包包涵几个个部件，各各部件之之间的连连接关系系，有限限元分析析时所忽忽略的部部件。2.4.33、工作安安全系数数的说明明说明各个部部件的安安全系数数及每个个部件不不同部位位的安全全系数。2.4.44、分析类类型说明明指出该分析析是哪种种类型的的分析，是是线性分分析，非非线性分分析，屈屈曲分析析，动力力分析，接接触分析析，模态态分析，还还是其它它。2.4.55、工况描描述 描述所所分析的的对象是是如何工工作的，有有几个危危险工况况，说明明其约束束情况及及加载情情况。2

22、.4.66、材料描描述应说明该项项结构所所用到的的所有材材料类型型，相关关的材料料参数，包包括屈服服极限，抗抗拉极限限，弹性性模量，泊泊松比，密密度，硬硬化指数数。不同部件的的不同部部位的许许用应力力值的确确定，即即为材料料的屈服服极限或或抗拉强强度除以以其相应应的安全全系数。2.4.77、有限限元前处处理过程程描述应包括以下下内容：（1）模型型的导入入方式（2）分析析过程中中共采用用哪些类类型的单单元，各各是在什什么部件件上应用用这些单单元；各各不同种种类的单单元之间间是如何何联结的的。（3）各部部件之间间在联结结处是如如何处理理的。（4）分析析参数的的设置2.4.88、分析析结果描描述包括两个部部分（1）以应应力云图图形式显显示各部部件在不不同工况况下的应应力分布布情况，各各个应力力云图按按照应力力值从大大到小的的方式进