面臨的挑戰：

來自海克斯康的解決方案：

a)模擬仿真軟件

目前制造業應用模擬仿真技術的比例日趨增高，在實際投產之前，仿真軟件可以協助做相關的模擬分析，進而提前映射出在之后的生產過程中可能出現的問題。在專業工程師操作下，準確率可達80%以上，在壓縮機行業，針對壓縮機的結構形式、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，可求解結構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，可做模態分析，瞬態、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分析，工作過程的應力響應分析，減振、隔振系統的性能及優化分析等。

?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生曲軸斷裂，經分析斷裂主要原因為斷裂發生位置應力較大，與實驗結果吻合。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裂紋，經分析裂紋處應力遠大于材料許用應力，模擬結果與實驗結果吻合。

該壓縮機開發過程中，對泵體施加螺釘預緊力合理性進行判斷分析，從左圖中可發現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。

?空調壓縮機配管振動模塊

對于此類工況重點分析以下內容：

①結構的模態分析：通過整體系統的模態分析，確定結構的固有頻率和振型；

②結構的瞬態響應分析，確定管路系統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。

?壓縮機振動性能優化模塊

分別以轉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，利用優化功能模塊對轉子平衡塊的密度進行優化。

壓縮機振動性能優化

在優化過程中，由于是以密度為變量，這在工程實際中實現起來有一定困難，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量，減少產品開發成本及制造成本，縮短產品開發周期。

?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振動最小平衡塊配平組合方案。分析中需要考慮四個優化變量：平衡塊A質量、平衡塊B質量、平衡塊A位置、平衡塊B位置。對四個變量設定變化范圍，以儲液器回轉振動最小為目標進行動力學優化仿真分析。在Adams中建立動力學模型和優化設置如下圖所示。

動力學優化仿真模型

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通過平衡塊優化，使得高轉速振動下降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量下降，而且容易引發安全事故和人際關系矛盾，因此壓縮機聲輻射分析是此類產品優化設計的一塊重要內容。

壓縮機聲輻射分析需要考慮的內容通常有：

①準確的壓縮機模型建立：

–包括和聲學相關的所有細節

–部件間的焊接連接和螺釘連接

–流體和氣體區域

–流體 / 結構的強耦合

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，還可以基于穩態的流體動力學仿真結果，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量的網格。應用范圍廣泛，適用于汽車，航空航天，機械設備，造船，家電。

不連續網格

可計算含物體運動的流動，包括風機和渦輪機的旋轉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子與墊之間的剪切發熱。該功能還可以分析旋轉和平移的組合，例如活塞泵。

適用于：風機，渦輪機，汽車或火車形式，活塞泵等

重疊網格

可將移動區域的網格與靜止區域的網格重疊，該功能能夠實現現有功能無法實現的問題（例如變形或旋轉）。此外，還支持物體接觸、多個移動區域重疊。該功能可用于分析發動機氣道閥門的開啟和關閉以及與其齒輪一起工作的齒輪泵。

適用于：發動機氣道閥門，齒輪泵等。

在壓縮機相關仿真領域，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，可以采用重疊網格技術解決最難的網格問題。

?熱模鍛仿真模塊

熱模鍛仿真是當今CAE領域不可分割的一環。 本軟件模塊將便捷、直觀、易用集成在一起，為熱鍛工藝的優化設計提供高質量的指導和預測。它能夠過減少開發循環次數降低研發成本、降低試驗成本，縮短新品上市周期。優化模具使用壽命，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，降低生產成本（比如減少毛刺等）；優化工藝過程，降低制造成本；提高單個工藝過程的效率，降低能源成本。同時提高工藝穩定性，提高了目標工件質量；

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范保存到數據庫中以備后續使用，協助進行模具設計。

用戶通過仿真將實際的測試和優化搬運到虛擬電腦中，大大節約了成本。

熱鍛模塊采用獨有的雙求解器（FE和FV）求解技術，內置強大的沖壓、摩擦數據庫，且支持簡便的用戶自定義材料數據輸入，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，實現工藝鏈無縫對接計算，結果自動傳遞。雙求解器優勢互補，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數據格式進行自動離散；通過模具應力分析功能，可對模具見的裝配關系所產生的應力進行仿真；基于非耦合仿真方法進行模具應力仿真；定義彈簧模具；實現沖孔、修邊仿真并簡便轉換模具類型（將模具類型轉變為可變形模具或帶傳熱的剛性模具）；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；對機械連接結果進行虛擬拉伸試驗；進行帶結果的后處理裝配計算；并能根據分析結果，自動生成結果評價報告。

熱鍛工藝模擬

實現熱鍛、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化模型。同樣可以多工序連續仿真成形。

多向熱鍛成形

可以實現復雜變形；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果

熱連鍛工藝

有限體積法：獨有的有限體積法，可以實現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。通過在熱影響區內對微結構屬性進行計算，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，協助客戶選擇最優的夾緊裝置。

本軟件通過預測工件最終的輪廓，可將誤差降至最低，協助批量生產。實現整個焊接過程的全部工藝步驟可視化，因此能夠對焊接過程進行實時檢查，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， 也可以同時創建初始的焊接過程，如：電阻點焊仿真。還可以解決有關焊接設備參數設置以及焊接工藝穩定性的問題。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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