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)應用模擬仿真技術(shù)的比例日趨增高，在實際投產(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，準確率可達80%以上，在壓縮機行業(yè)，針對壓縮機的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及所在工況，可以進行靜力學分析、動力學、振動優(yōu)化分析，聲學分析，流體分析等。

?靜力學和動力學分析模塊

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

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

?壓縮機零部件強度和剛度分析模塊

該壓縮機可靠性驗證階段發(fā)生曲軸斷裂，經(jīng)分析斷裂主要原因為斷裂發(fā)生位置應力較大，與實驗結(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。

壓縮機上蓋裂紋與仿真

該壓縮機可靠性驗證階段上蓋出現(xiàn)裂紋，經(jīng)分析裂紋處應力遠大于材料許用應力，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果吻合。

該壓縮機開發(fā)過程中，對泵體施加螺釘預緊力合理性進行判斷分析，從左圖中可發(fā)現(xiàn)泵體整體向上法蘭移動，且變形量較大，最大變形為0.0464mm，影響泵體設計間隙，確定需進一步減小螺釘預緊力。

?空調(diào)壓縮機配管振動模塊

對于此類工況重點分析以下內(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)響應分析，確定管路系統(tǒng)在壓縮機正常工作時的位移和應力；

③為降低管路的振動，確定配重方案。

?壓縮機振動性能優(yōu)化模塊

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

壓縮機振動性能優(yōu)化

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

通過對壓縮機動平衡測試進行虛擬仿真分析，可以大大減少物理樣機試驗數(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。

?多體動力學仿真分析模塊

典型案例

此案例的目標主要是找到儲液器回轉(zhuǎn)振動最小平衡塊配平組合方案。分析中需要考慮四個優(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。對四個變量設定變化范圍，以儲液器回轉(zhuǎn)振動最小為目標進行動力學優(yōu)化仿真分析。在Adams中建立動力學模型和優(yōu)化設置如下圖所示。

動力學優(yōu)化仿真模型

①建立了完善的壓縮機振動仿真方法。

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)速振動下降5~15%。

?壓縮機聲學分析模塊

壓縮機尤其是空氣壓縮機是一類強噪聲設備，強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，因此壓縮機聲輻射分析是此類產(chǎn)品優(yōu)化設計的一塊重要內(nèi)容。

壓縮機聲輻射分析需要考慮的內(nèi)容通常有：

①準確的壓縮機模型建立：

–包括和聲學相關(guān)的所有細節(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)的強耦合

②采用實際邊界條件的激勵：

–壓縮機工作過程的壓力載荷

–曲軸支撐軸承上的力載荷

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

?流體分析模塊

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

不連續(xù)網(wǎng)格

可計算含物體運動的流動，包括風機和渦輪機的旋轉(zhuǎn)以及汽車或火車的行駛（平移）。該功能在進行分析時可考慮到盤式制動器中轉(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：風機，渦輪機，汽車或火車形式，活塞泵等

重疊網(wǎng)格

可將移動區(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)有功能無法實現(xiàn)的問題（例如變形或旋轉(zhuǎn)）。此外，還支持物體接觸、多個移動區(qū)域重疊。該功能可用于分析發(fā)動機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)動機氣道閥門，齒輪泵等。

在壓縮機相關(guān)仿真領(lǐng)域，另一核心難點在于運動部件和嚙合零間隙的分析。這恰恰是Cradle 流體仿真軟件的強項。

齒輪泵以及齒輪，壓縮機等方面，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)化設計提供高質(zhì)量的指導和預測。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；提高單個工藝過程的效率，降低能源成本。同時提高工藝穩(wěn)定性，提高了目標工件質(zhì)量；

熱鍛模塊可對零件制造的整個熱鍛工藝鏈進行全方位仿真：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行仿真，還可在一定精度上還原軋機和軋輥的復雜運動，并對模具應力進行分析，還可非常精準的還原設備運動規(guī)律。用戶可按需對模具的運動進行方便的定位，一旦定義后，軟件會自動將運動規(guī)范保存到數(shù)據(jù)庫中以備后續(xù)使用，協(xié)助進行模具設計。

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

熱鍛模塊采用獨有的雙求解器（FE和FV）求解技術(shù)，內(nèi)置強大的沖壓、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，能夠為用戶提供非常全面、快速、準確的仿真。輕松打破2D與3D直接的仿真界限，在工藝鏈中進行2D和3D的混合仿真，或進行全工藝的3D仿真，實現(xiàn)工藝鏈無縫對接計算，結(jié)果自動傳遞。雙求解器優(yōu)勢互補，使用FV求解器可進行可靠、精確的皺褶檢測，通過FE保證高效的求解速度，能夠有效應對各種任務：模具、設備剛度的快速定義；工藝過程的魯棒性分析；對CAD數(shù)據(jù)格式進行自動離散；通過模具應力分析功能，可對模具見的裝配關(guān)系所產(chǎn)生的應力進行仿真；基于非耦合仿真方法進行模具應力仿真；定義彈簧模具；實現(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?；無飛邊精細模鍛；考慮壓力機撓度的仿真設計；進行壓力演變預測分析；彈塑性熱力耦合材料模型；預測回彈和殘余應力；對機械連接結(jié)果進行虛擬拉伸試驗；進行帶結(jié)果的后處理裝配計算；并能根據(jù)分析結(jié)果，自動生成結(jié)果評價報告。

熱鍛工藝模擬

實現(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）可以快速高效的計算大變形金屬材料流動和折疊，幫助用戶判斷金屬的材料流動和折疊情況，同樣使用有限單元法（FEM）也可以分析材料流動和折疊，但是計算效率稍微低點。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

可以實現(xiàn)復雜變形；多個工具、多個方向作用變形，很好的、精準的控制各個工具的精準運動，實現(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、應力、應變等結(jié)果分布，保證了和實際分析的對應，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：獨有的有限體積法，可以實現(xiàn)復雜材料加工工藝仿真。快速計算成形。

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測焊接變形及殘余應力，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)屬性進行計算，自動將零部件之間復雜的接觸情況納入操作范圍，并對焊縫屬性（尤其是焊縫強度）進行分析，讓用戶最大化的避免焊接缺陷，例如熱裂。同時，能夠運用真實的工裝幾何形狀，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)。實現(xiàn)整個焊接過程的全部工藝步驟可視化，因此能夠?qū)附舆^程進行實時檢查，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， 也可以同時創(chuàng)建初始的焊接過程，如：電阻點焊仿真。還可以解決有關(guān)焊接設備參數(shù)設置以及焊接工藝穩(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順序進行分析。

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