虚拟设计技术及其工程应用

制造业信息化是国家为全面提升我国制造业的市场竞争能力而确定的“十·五”期间的重点技术发展方向，同时将数字化设计技术作为制造业信息化的四大组成技术之一予以推进。 本文认为数字化设计技术的技术体系应包括产品信息及设计过程数字化(即CAD)、产品制造工艺数字化(CAP)和设计制造过程数字化(CAM)三个组成部分。目前在CAD和CAM方向已经取得了长足的进展，但在CAP的方向上相对滞后，制约了数字化设计技术的发展。 虚拟设计技术相对传统设计技术而言，融合了仿真与模拟技术，通过仿真与模拟对产品的制造工艺进行虚拟实验，对产品的可制造性及制造工艺合理性进行预测、评价和优化，虚拟设计技术是产品制造工艺数字化技术(CAP)的代表技术之一。 基于上述观点，结合组合式制动梁生产技术及装备，以有限元技术为工具，对组合式制动梁生产技术及装备进行了虚拟设计技术的工程实践与应用。 针对组合式制动梁的主要零件——制动梁架的热成形过程，利用有限元软件ANSYS，综合考虑传导、辐射、对流的因素，特别是复杂辐射面间相互吸收辐射能的影响，对热成形区的整个过程进行了热力学分析，作出了温降曲线，为各工位节拍、机械手动作、生产工艺及生产线的设计提供了依据。在热分析过程中，创新性采用“多继承建模法”，成功解决了由于工件切分导致单元网格撕裂及节点分离而致使建立在连续介质假设之上的有限元方法不能模拟此种情况的问题。这一方法为解决类似的工程问题提供了参考。 通过有限元结构分析，确定了冷装配区安装中间支柱的拉开方案；分析了工件误差形成机理，提出了误差检测方案；并根据该检测方案通过分析模拟，确定了合理的校形方案。 上述虚拟设计的实践与结果，对组合式制动梁生产及生产线的设计取得了明显的预测与评价作用，同时也证实了作者关于虚拟设计技术在产品数字化设计技术乃至制造业信息化的技术体系中的地位与作用的观点。