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CAE仿真技术在家电领域应用实例解析

有限元: 2020-03-27 08:45:43 阅读数: 312 分享到:
CAE技术简介及对家电行业的价值

计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,简称CAE)是采用虚拟分析方法对结构(场)的性能进行模拟(仿真),预测结构(场)的性能,优化结构(场)的设计,为产品研发提供指南,为解决实际工程问题提供依据。CAE分析技术为技术人员提供了一种全新的设计方式,使设计与性能预测同步进行,这就在根本上将技术人员从传统的设计模式中解脱出来,使他们有更多时间与精力考虑再产品的创新。


随着国内家电品牌的发展和日益成熟,家电行业的竞争日趋激烈,国内外品牌家电厂商除了重视产品的外观之外,愈来愈重视技术革新和成本竞争力。


CAE在家用电器产品开发设计中已经有着广泛的应用,主要内容为工程校验,有限元分析及计算机仿真优化,主要解决产品的性能质量,进行各种结构的强度、刚度、模拟态、动力学、热力学、非线性、噪声、流-固耦合、气动弹性、结构优化等性能方面的分析和结构仿真优化工作,目前世界著名家用电器生产商已将CAE技术广泛用于家用电器的开发设计中,并解决了很多实际问题。随着在产品开发应用中的深入,CAE技术在家用电器的开发应用发挥越来越大的作用。


家电产品的性能很多都属于多物理场的耦合响应,其性能设计、分析、优化等工作涉及众多的学科,如热力学,声学、结构动力学、空气动力学、有限元技术(FEM)、计算流体力学(CFD)、计算机技术等,是典型的综合学科,交叉学科领域。


CAE在家电行业的应用


作为产品性能设计、分析、仿真的基本工具,CAE所涉及的分析仿真非常广泛,可为家电企业提供大量的技术解决方案。主要应用方向有结构强度分析、流体力学分析、制造成形分析,为家电企业在提高产品可靠性、降低产品成本与缩短开发周期方面起到了显著的作用。


结构强度分析2.png


CFD与热分析

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模流分析

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金属成型分析

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CAE在家电行业应用案例分析

  

热水器包装优化设计 

客户原始包装设计在进行踩踏试验时出现如图所示的破坏情况,需要进行优化.优化设计目标为满足跌落、踩踏测试标准下,泡沫重量最优。


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优化思路:首先,对原设计进行分析,判断分析结果,找出薄弱区域,然后对结构进行优化,并与实验结果进行对比,进行进一步优化。


通过对初始设计的仿真模拟,确认踩踏在避挂周围和控制盖板周围,包装纸箱由于存在均部应力集中,从而应力值超过材料的破坏强度,造成纸箱破裂。


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根据原始分析结果进行如下优化:将泡沫四周导角过渡,改善踩踏缓冲区,避免拐角应力集中;改变加强肋布局,增加强度;中间掏空节省材料;边角加大改善冲击惯性。


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经过改善优化,目前客户的包装设计已经完全满足跌落与踩踏标准,且包装成本在原来的基础上降低了10%以上。目前客户正在将新型包装申请设计专利。


压力锅垫片优化 

该分析的目的为针对电压力锅在高压蒸汽的情况下(分析中以不同的压力值作为蒸汽的加载工况),支撑垫片不能发生永久变形进行分析和优化。


垫片的形状分为如图所示A、B两种。且垫片的厚度、材料以及尺寸参数均作为优化对象。

  

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分析中通过虚拟DOE实验,通过排列组合,以垫片的应力和变形量作为目标值进行对比判断,最终得出最优的组合参数方案,使得客户的垫片设计能够满足设计需求


冰箱门热应力分析 

某公司在开发某型号的冰箱时,在门体温度循环试验中门盖发生如图所示的开裂现象。分析的目的为通过温度场模拟冰箱门在高温及低温放置的工况,考查冰箱门盖的应力和变形情况,查找出门盖开裂的原因,并对其结构进行了改善。


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通过对原始设计进行分析,结果表明室温至低温的情况下门盖的应力和变形较大,即门盖开裂是由低温时的收缩引起的,与实验结果一致,最大应力发生在上下门盖的前边缘的中间部位,与实际断裂部位也是吻合。


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根据分析结果,分别对冰箱门的上盖板和下盖板进行优化。对于上盖板在顶面加厚,外边缘导圆角,纵向筋的一端延伸到端部,纵向筋的另一端也延伸到底部,增加一条横向的筋。 对于下门盖顶面加厚,外边缘导圆角,增加纵向及横向的筋,增加内部筋的高度。


经过改善优化并进行校验分析,改善效果明显,门盖安全系数显著增加,门体整体变形也明显减小,满足产品的可靠性需求。


电视机跌落损坏分析  

某款电视机在跌落后,面板固定显像管区域总会出现如图所示破裂。


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通过仿真分析,确定结构的薄弱点以及初始的扩展区域,从而准确的提出解决方案,顺利的解决了该问题。


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