CAE技术的应用与发展—以内燃机为例
责任编辑:齐琪     时间:2021-04-16     来源:原创
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分类: 学术交流
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  目前,世界塑料成型CAE软件市场由美国上市公司Moldflow公司主导,该公司是专业从事注塑成型CAE软件和咨询公司,自1976年发行了世界上第一套流动分析软件以来,一直在此领域居领先地位。利用CAE技术可以在模具加工前,在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析,准确预测熔体的填充、保压、冷却情况,以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况,以便设计者能尽早发现问题,及时修改制件和模具设计,而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破,而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等,都有着重大的技术经济意义。

 

图1 CAE技术的意义

 

  CAE技术的应用领域广阔,涉及各行各业,如:汽车,体育,航空航天,农业,食品等等。

图2 CAE技术的应用

 

 本文以CAE技术在内燃机设计中的应用为例:

 内燃机作为动力机械,其各项指标涉及到燃烧、排放、油耗、密封、强度、噪声等多方面内容,所以对应的分析也涉及到热力学、流动力学、动力学、疲劳分析等多个方面。而且内燃机的许多零部件,如曲柄连杆机构和配气机构的形状结构、受力,以及发动机的流动、传热传质、燃烧等工作过程十分复杂。因此建立这些零部件及整机的数学模型是十分困难的,而求解数学模型则更为闲难。另外在现代内燃机中由于对内燃机的性能和可靠性指标愈来愈高,其中的一些参数的变化趋势相互制约,参数优化空间相对变小,研发的风险加大;产品开发需要考虑的变量不断增加。系统的复杂性增大;要求缩短产品开发的周期;降低产品开发的成本和风险。为满足现代内燃机丁业的发展需要,必须对传统的“绘图+经验+发动机台架实验”的设计方法进行改进。按照现代研发的基本流程,一款内燃机的研发主要包括设计、实验、试制、投产等阶段。cAE分析主要涉及设计和实验阶段,设计和验证阶段的数字化开发可细分为概念设计阶段、布置设计阶段和详细设计阶段。每个阶段都包含了数字化设计和验证工作的并行和协同:设计工程师按照时间进度提交零部件、装配的子系统及整机的CAD设计数据;验证工程师应用CAE手段对设计部门提交的CAD数据进行包括最基本的尺寸和运动学校核、复杂的动力学分析和功能实现以及最复杂的可靠性分析等进行全方位验证。

图3 全球与中国CAE市场规模

 

 如图,近年来,中国CAE行业市场容量持续稳定释放,在“智能制造”所带动的制造业转型升级以及下游行业用户对CAE认知度和重视度持续提升的大背景下,CAE软件对于辅助企业产品研发生产的重要性将日益凸显。此外,应对于广大中型、小型和微型企业的市场需求,CAE咨询市场有望进一步发展而逐渐成熟,CAE市场容量有望持续扩大,未来,CAE技术将会有更广阔的应用空间。

 

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