為什么要選用分析仿真軟件

在工程機械領域CAE技術已得到廣泛而成功的應用，作為最全面、最有效也是全球用戶數目最多的ANSYS軟件在卡特皮勒（Caterpillar）、JCB、VOLVO、小松（Komatsu）、BOBCAT、勒圖爾勒（Letourneau）、上海港機、振華港機和華南船機等國內外知名的工程機械廠的設計和制造中已得到廣泛應用。卡特皮勒公司作為ANSYS的全面合作伙伴，其最新研究成果單鑄鋼臂前端裝載992G型裝載機，在設計階段就應用ANSYS軟件作為其最重要的分析評估手段，它比傳統的雙臂結構輕30％而強度不變。

ANSYS與機械工程工業

ANSYS與國內外著名工程機械廠商的合作

ANSYS的研究和開發一直是面向企業的，在工程機械領域擁有眾多的用戶，他們通過與ANSYS的合作，在新產品開發、老產品改造、加工工藝設計和優化方面得到了益處，通過ANSYS的虛擬樣機仿真分析，企業縮短了新產品的開發周期、提高了產品的質量水平、降低了產品的原材消耗、完善了制造工藝技術等。ANSYS在裝載機設計制造行業也有成熟的應用。下面選擇幾個有代表性的例子來簡單介紹一下ANSYS在一些著名的工程機械廠家的應用。

卡特皮勒(Caterpillar)是一家著名的工程機械設備供應商也是世界上最著名的裝載機供應商，該公司自1996年7月購買了ANSYS后，利用ANSYS做了大量的分析，并連續幾年來追加購買ANSYS軟件，與ANSYS公司在其產品設計上大力合作。新一代的Caterpillar992G型、994系列裝載機設計中都大量應用了ANSYS進行分析仿真，使這些產品在結構形式的合理性和先進性、節約實物模型試驗費用、材料替代、整機重量減輕、安全性加強及縮短產品開發周期方面都取得成績，目前正在開發的更大的996型裝載機也利用了ANSYS。

卡特皮勒的工程師安東.巴德威(Arden
Baldwin)在回憶幾年來使用ANSYS的感受時說：“這是一種美夢成真。當把它交給能干的工程師，它是一個令人驚奇的可怕的設計工具。”（"This is sort of a dream come true. When put in the hands of a capable engineer， this is a terrific design tool."）。
JCB是一家英國公司，它是世界上著名的推土機和物料搬運機械供應商，ANSYS在JCB的結構設計中一直發揮重要作用。設計人員把概念設計階段對各種結構形式的想法建立到ANSYS中，然后對它門進行快速的求解分析，通過ANSYS直接明了的后處理功能就能很輕易對各種不同的設計想法所計算的結果進行比較和選擇，進而得到在經濟性、安全性、舒適性和工藝性方面最合適的一種設計。這種設計過程普遍應用在JCB產品的底盤、車架、臂架（動臂）、旋轉系統和聯接軸等結構和部件的設計中。JCB負責新產品設計的高級應用工程師Rod
Latham在談到ANSYS時說道：“使用了ANSYS后，我們能夠作出快速和有效的分析，使JCB對那些能使我們的機器不斷完善的新設計理念作出快速反應。”（"Thanks to the use of ANSYS， we are able to perform analysis quickly and cost-effectively. JCB， as always， can respond quickly to any new design philosophy which assures that the functionality of our machines is continuously enhanced."）。
上海港機股份有限公司（SPMC，www.chinaspmc.com）是中國是最大的港口機械供應商，其生產的各種類型的大型港口散貨和集裝箱裝卸機械遍及世界各大港口，自80年代以來CAE仿真分析一直在該公司的生產設計中發揮重要作用，通過CAE分析保證其結構設計的可靠性、經濟性。進入90年代后期，隨著港口機械朝著超大型和結構功能高復雜性方向發展以及公司定位面向世界的發展戰略，面對復雜產品技術設計要求和歐、美購買商對設計分析保證的嚴格要求，該公司原有的CAE軟件已經無法滿足要求，SPMC于1998年購買了ANSYS軟件。ANSYS軟件在SPMC產品的四連桿臂架系統、門架、人字架、集裝箱起重機大梁、門框、駕駛室、機器房等結構設計中廣泛應用。該公司設計的產品多次榮獲國家級科學技術獎，其為三峽大壩澆筑特別設計的世界上第一臺MQ2000型高架門機和青島港1600斗輪礦石卸船機更是世界首創，值得一提的是，據該公司的CAE部主任商偉軍介紹MQ2000型高架門機的專利技術--門架頂升快速接頭因通過ANSYS分析而省去實模實驗一項當時就為該公司省掉130萬人民幣并節約了兩周的開發時間。#p#分頁標題#e#

SPMC在其網站的專有技術方面對ANSYS軟件在該公司的應用中作了如下四個方面的總結：
ANSYS目前在我廠的以下四個領域得到廣泛應用。
a. 產品設計和研制，如外高橋橋吊、2000型輕型橋吊、BIW系列門機、煙臺橋吊，等等產品的設計和開發都是利用ANSYS來對其進行分析的。
b. 制造工藝，如橋吊前大梁預拱度的確定，總裝過程中，幾臺門機的協作工藝等。
c. 發運加固，如BIW門機的發運加固方案、緬甸門機和越南橋吊的發運加固方案分析等。
d. 維修改造，如老門機和橋吊的維修及改造方案，承載能力評估等。

ANSYS能為工程機械產品開發和研制提供強有力的幫助

ANSYS是一個綜合的分析系統，致力于全方位地解決企業產品設計、研制和改進中遇到的問題，在工程機械領域擁有廣泛的擁護群，也積累了很多的成功應用經驗，下面就具體介紹一下ANSYS軟件在玉柴工程機械的產品設計和制造過程中所能發揮的作用。

合適的CAE軟件或CAE解決方案應該滿足下列的要求：

● 分析結果準確，結算的結果應該真正對設計研發起到真正的作用；
● 具有優化功能；
● 方便易用，CAE軟件必須工程化；
● 與現有CAD軟件之間的無縫連接。

目前，工程機械生產商使用了多種三維CAD設計軟件，ANSYS有與所有流行CAD軟件的雙向接口，這樣CAE軟件和CAD軟件之間實現完全無縫的連接。而且可以將CAE分析的結果傳遞給CAD軟件，這樣使優化結果直接產生為CAD模型，對企業研發來講非常方便。
工程機械結構及其零部件的結構靜力學分析

工程機械在整個作業循環過程中受到的載荷包括結構本身的自重，物料的重量，運行的牽引、制動和回轉慣性力。通過ANSYS的靜力分析可以讓設計人員對所設計的結構在每種工況所確定的載荷的作用下其結構的強度、剛度及屈曲穩定性情況有一個全面而準確的了解。根據計算所得到的結構上各處位移和應力的分布結果結合相應的設計標準或規范，判斷所設計的結構可靠性和經濟性，在此基礎上進行改進或優化設計，從而避免某些結構或零部件由于過大的應力或壓曲失穩而損壞、并控制機械結構整體及其零部件的剛性性能。另外，對于那些所受應力較小、結構材料利用不充分的區域可以結合加工和制造工藝的實際情況進行材料板厚減薄、截面尺寸減小等，從而達到設計階段的成本降低控制。

整個機械是由多個部件通過螺栓、鉸、齒輪等裝配而成，局部區域的準確分析就不能忽略各部件間的接觸關系，ANSYS由于有強大而容易實現的自動面面接觸和點面接觸這種復雜的非線性分析功能，以及螺栓、連桿、繩索等專用單元，因而可對由螺栓、緊固、捆綁或銷釘等方式連接起來的整體結構進行準確的分析，從而得到可靠結論，這是ANSYS軟件的一個獨特的功能。

工程機械結構及其零部件的動力學分析

工程機械結構在工作過程中承受一定的動態激勵載荷。可以采用ANSYS的瞬態(時程)分析來定量地確定機械結構能否承受這些載荷、承載壽命是多少等。同時，ANSYS的諧波響應分析、單點和多點響應譜分析、隨機振動分析等動態分析功能可以以非常簡便的方式來計算出機械系統各部件在上述激勵載荷作用下的響應問題。對挖掘和裝載機械設備而言，司機室在工作過程中的振動頻率和幅值都應控制在一定的范圍內，以免影響司機的工作效率，通過ANSYS的動力學分析就能夠求得司機室在工作過程中的頻率和幅值響應，進而來判斷司機室結構動態設計的合理性。

工程機械總體結構及其零部件的疲勞分析和優化設計

挖掘設備在掘料、變幅、回轉、運行、卸料的典型工作循環過程中，象動臂、連桿及支架等主要構件受到交替變化的應力的作用容易產生疲勞，另外工程機械在制造過程中結構構件大量的使用焊縫，而焊縫往往是擴張裂紋的起源，ANSYS的高級疲勞分析程序能夠很好地解決母材和焊縫的疲勞壽命預測。疲勞計算的應力數據是基于靜力計算的數據，把靜力計算的數據按比例迭加到應力-時程中，進而用來進行疲勞計算。另外，對于焊縫疲勞分析，ANSYS/FE-SAFE內固化有BS7608英國結構疲勞設計規范，可以有效地對焊縫的疲勞進行計算。#p#分頁標題#e#

ANSYS的結構優化包括參數優化、形狀優化和靈敏度優化，當設計師指定一個設計的目標，那么通過ANSYS的優化分析設計師就能知道通過什么方法對結構進行變動才能達到預定的目標，而且給出各種修改方法的靈敏性。在激烈的市場競爭中，質量和成本是生命力的關鍵，而ANSYS在這兩個方面可以助您一臂之力。ANSYS的DesignXplorer

VT可以同時考慮多個參數的影響，并且通過一次求解得到整個參數優化空間內的所有結果。

工程機械的機構運動分析

耐久性、平順性和操縱穩定性、振動舒適性是關系到整個機械系統的重要性能，應用ANSYS/Virtual.Lab

MOTION軟件可以充分模擬系統的運動學和動力學規律，得到系統受外力、陀螺力和非線性摩擦力作用下的運動規律和速度、加速度、飛脫、彈跳等結果。Virtual.Lab
MOTION的強大的求解器可以毫不費力地處理各種高級任務，如關鍵系統的高精度建模、處理柔性部件及其振動、大加速度高頻系統、為其他分析提供載荷……。需要時，有限元求解器可以直接在后臺運行，例如可以把柔體分析引入剛性系統，從而更逼真地觀察發生的運動。當下游分析需要載荷輸入時，如疲勞壽命預測，動態反作用力可以立即無縫地加載到模型上。