項(xiàng)目介紹

    在考慮多種不同配置的情況下設(shè)計(jì)移動(dòng)式起重機(jī)對于Tadano Faun公司的工程師來說是一件非常棘手的事情。這家總部位于德國紐倫堡的日資公司是全球領(lǐng)先的建筑起重機(jī)制造商。

    2008年,TADANO集團(tuán)生產(chǎn)并銷售了超過2700臺(tái)伸縮式起重機(jī)，除此之外，還有裝載機(jī)、高空作業(yè)平臺(tái)和特種車輛等。TADANO FAUN的產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)都遵從客戶的最高要求，并將其產(chǎn)品品質(zhì)保持在穩(wěn)定的高水平上。

    作為一家國際化公司，TADANO FAUN致力于開發(fā)能夠滿足市場需求的起重機(jī)。因此，顧客可以從TADANO FAUN的發(fā)展中獲益。此外，該公司一直專注于不斷改進(jìn)操作和業(yè)務(wù)流程。

    該公司的結(jié)構(gòu)工程部門的負(fù)責(zé)人Andreas Hofmann說道：“一個(gè)TADANO FAUN起重機(jī)有近40種主懸臂的伸縮狀態(tài)。每種狀態(tài)在360度轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)大約能夠配備20種不同的工作方式，主臂允許有30到50多種可能配置。再加上不同的配重和懸臂板，我們的工程師必須在考慮超過150000種客戶額定負(fù)載工況的情況下找到最佳設(shè)計(jì)。”

    “對于起重機(jī)的設(shè)計(jì)師來說，在所有考慮的問題當(dāng)中，最大問題是在滿足嚴(yán)格規(guī)范的前提下控制機(jī)器的總重量。”Hofmann說，“TADANO FAUN為美國、歐洲、亞洲的客戶設(shè)計(jì)移動(dòng)式起重機(jī)，而各地的需求是不同的。比如，我們在德國有一個(gè)負(fù)荷極限為12噸的移動(dòng)式起重機(jī)。所以，我們必須對鋼結(jié)構(gòu)的重量進(jìn)行優(yōu)化。另外，這方面的規(guī)范也經(jīng)常變化，我們必須做出快速反應(yīng)。”

圖1 從實(shí)體CAD模型中抽取中面是更快建立可靠有限元模型的關(guān)鍵

挑戰(zhàn)

    “TADANO FAUN已經(jīng)在使用一種CAD解決方案中包含的有限元分析，”Hofmann說道，“一種附加的網(wǎng)格解決方式。”這一軟件，像其他許多已經(jīng)考察過的作為CAD軟件一部分的解決方案一樣不能進(jìn)行精確的有限元計(jì)算。”

    “我們之前最大的痛處就是只能使用中性文件讀取CAD數(shù)據(jù)，這樣必須放棄對原始CAD模型的鏈接，只能提供一個(gè)設(shè)計(jì)的靜態(tài)快照。”Hofmann說道。

    Hofmann期望得到一種軟件在有限元分析時(shí)能夠直接打開CATIA中的模型，這樣他的工程師們就能夠直接用它開始工作。“于是我們有了改變我們的有限元分析系統(tǒng)并找到能更適應(yīng)我們需求的方法。”他說道，“有限元模型的精確性對于我們十分重要，建立一個(gè)精確的、合適的有限元計(jì)算模型比僅僅提供給我們一些炫麗的圖片重要得多。”

解決方案

    經(jīng)過考查多種競爭方案，Hofmann最終選擇了Altair公司的HyperWorks軟件作為TADANO FAUN的有限元分析軟件。他說道：“我們選擇HyperWorks是因?yàn)槠鋸?qiáng)大的劃分網(wǎng)格的能力和基于點(diǎn)數(shù)的授權(quán)模式。”

    TADANO FAUN正在使用HyperMesh進(jìn)行幾何操作、修補(bǔ)以及從實(shí)體模型創(chuàng)建中面。同時(shí)，他們使用RADIOSS對結(jié)構(gòu)進(jìn)行隱式分析，用OptiStruct進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此在重量和性能之間得到更好的平衡。

    對比基于CAD的有限元解決方案，Hofmann指出：“HyperWorks是一個(gè)真正面向結(jié)構(gòu)分析的有限元解決方案，而不是一個(gè)附加在某個(gè)CAD或CAE軟件上的解決方案。”

    TADANO FAUN的工程師們建立了他們自己版本的“仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)”，內(nèi)部稱之為“起重機(jī)-驅(qū)動(dòng)”分析流程，在這一過程中結(jié)構(gòu)工程師和設(shè)計(jì)師能夠從研發(fā)一開始就并肩工作。

圖2 全路面起重機(jī)比如ATF220G-5可以伸長高到108米并且提升重量達(dá)220噸

結(jié)論

    在采用HyperWorks之前，Tadano Faun的有限元分析工作只是對設(shè)計(jì)的一種驗(yàn)證，一般都是在有了設(shè)計(jì)草圖或者設(shè)計(jì)概念已經(jīng)被采納的情況下才使用這一技術(shù)。“結(jié)構(gòu)分析并不被認(rèn)為特別重要，而當(dāng)需要結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果時(shí)往往需要等待很長一段時(shí)間。”Hofmann說道，“使用這一方法，早期的設(shè)計(jì)缺陷往往很晚才能被發(fā)現(xiàn)。”

    現(xiàn)在使用HyperWorks之后，結(jié)構(gòu)分析能夠直接幫助驅(qū)動(dòng)最原始的設(shè)計(jì)。“一開始就能看到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大致樣子，并且設(shè)計(jì)工程師和結(jié)構(gòu)工程師能更好的理解對方的需求。”Hofmann說道，“我們從起初認(rèn)為重量是最重要的因素到后來認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才是最為重要的因素。我們使用更多、更小的分析步以更快地得到結(jié)果。”

    現(xiàn)在TADANO FAUN的工程師們可以在HyperMesh中直接打開CAD模型。“我們發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)師修改CAD模型要比結(jié)構(gòu)工程師修改有限元模型快得多。”Hofmann指出，“在HyperMesh中直接使用CAD模型提高了計(jì)算速度，并且保證了實(shí)際設(shè)計(jì)狀態(tài)。”

    TADANO FAUN現(xiàn)在已經(jīng)使用HyperWorks建立了一個(gè)穩(wěn)健的流程——在設(shè)計(jì)周期早期對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，當(dāng)對現(xiàn)有機(jī)器設(shè)計(jì)新的發(fā)動(dòng)機(jī)和排氣系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以及對新機(jī)器在概念設(shè)計(jì)階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

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本文標(biāo)題：世界領(lǐng)先的起重機(jī)制造商TADANO FAUN利用HyperWorks加速設(shè)計(jì)流程

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