袋式除尘器产品的现代设计技术.docx

PAGE 1 PAGE 1 袋式除尘器产品的现代设计技术  基于现代设计技术的袋式除尘器产品研发，通过建立参数化模型有限元网格计算及协同CAE分析，实现产品零部件及整机结构的协同优化。针对袋式除尘器产品设计要求，研发了CAX/CFX辅助设计系统，定制了产品结构优化流程，研发了柔性化设计工具软件。  1引言  随着国家环保排放标准的日益严格，作为能够对微细粉尘排放进行高效掌握的袋式除尘器，已经在电力、制药、水泥、冶金、化工等行业获得广泛应用。文献的统计显示，国内袋式除尘器的使用比例占整体除尘设备使用数量的60%；水泥行业使用比例达到75%左右，并在逐年扩大；钢铁、有色冶金行业袋式除尘器的使用比例达95%；电力行业袋式除尘器的使用比例也正在快速扩大。  大型袋式除尘器产品因其结构复杂、体型硕大、单用户定制、零部件标准化程度低等特点，使得设计工作量大、周期长，成为制约袋式除尘器产品设计、生产、使用等各个环节的发展瓶颈问题。据统计，产品在设计阶段可以打算其制造成本的75%～80%，同时还可以极大影响其运行和修理成本。因此，对袋式除尘器产品设计技术的深入研究和应用，具有相当大的经济效益。  天津水泥工业设计研究院有限公司针对上述问题，在袋式除尘器的产品的现代设计技术方面做了深入探讨，研发出面向产品结构的集成多个设计、分析平台的多参数、多目标设计优化软件，以期缩短设计周期，降低设计及制造成本，提高安全牢靠性，增加企业技术创新能力。  2产品现代设计技术及袋式除尘器产品特点  随着科技进步和设计工具特殊是电子计算机技术的发展，设计的自动化和精密计算得以实现。在继承了基于直觉、经验、半理论半经验的所谓“传统设计”的精华后，以满意产品质量、性能、成本等综合效益最优为目的，以计算机辅助技术(CAX)为主体，以数学、力学等科学方法和现代信息技术、领域协同技术等为手段而研究创造、改进产品的一系列“现代设计技术”，包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工艺过程设计(CAPP)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助创新(CAI)、优化和牢靠性设计、价值工程、产品数据管理(PDM)、疲惫设计、并行设计、虚拟设计等，近年来不断涌现和发展。  在计算机技术迅猛发展后，结合现代数值方法和工程设计理论与方法，较早形成的现代设计技术——CAD，在几何建模、工程计算、图形及数据处理，分析检验、文件编制等方面，系统功能已经相当完备。  CAD较早的技术支撑软件代表为AutoCAD，至今它依旧是众多设计院所、企业、工程教学单位使用最多的设计平台软件之一，它最便利、最精彩的图形处理能力主要表现在二维域中。近年来，技术支撑层面的软件包括：Pro/E(Pro/Engineer)、SolidWorks、NX等等，处理三维图形的能力都相当强大；设计中所直接生成的3D结构图，所描述的结构空间外形、结构之间的相互关系等都特别直观明确；尺寸和装配关系的约束条件设置增加了其设计、组装和制图的功能；对结构材料属性的赋值可以实现对结构的物理分析。而其参数化设计技术，不仅使CAD具有交互功能，还具有自动绘图功能，可以让设计人员从繁重而琐碎的绘图工作中解脱出来，大大提高设计速度，并削减了设计信息的存储量。  现代设计技术的核心技术是CAE技术。它是利用计算机求解复杂工程和针对产品结构强度、刚度、稳定性、三维多体接触、弹塑性等力学性能，作出分析计算和结构性能的优化设计，是一种数值分析方法。通过结构的离散化，CAE对离散体进行分析，得出满意工程精度的近似结果，求解的近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数，解决实际工程需要解决而理论分析又一时难以解决的复杂问题。其技术支撑软件不少，诸如Ansys、I-DEAS、Abaqus、ADINA、LS-DYNA、Moldflow等。其中，Ansys作为国内应用较广、客户成熟度较高的经典CAE软件，尤其是在高校科研、铁道、建筑、压力容器等装备制造的诸多领域得到了普遍应用。  CAE常采用CAD技术来建立几何模型和物理模型，完成分析模型的离散化和数据的输入，此过程为CAE的前处理；而计算结果及用CAD技术生成的图形如应力、温度、应变彩色云图等的输出，为CAE的后处理。前、后处理的技术为CAD与CAE技术集成的典型范例，图1简洁地表达了这种集成体系结构。 图1典型CAD/CAE集成体系结构 因此，CAE技术可以理解成是与CAD\CAPP\CAM系统集成化发展而共生的成果，它主要的功能有：(1)借助计算机进行数值模拟计算，确保产品设计的合理性；(2)与优化技术协作，找出产品设计最佳方案；(3)起到虚拟样机能预估产品