solidThinking 是Altair 出品的以有限元分析优化为手段,以快速优化概念设计、性能化功能为目标主导的系列软件(操作界面见图3),前身为优化软件HyperMesh。以结构件毛坯和产品设计轮廓为分析对象,指定边界条件与性能指标后进行自动仿真优化,运算效率高,优化后模型能够输出尺寸,工艺性好,能够快速转化成为二维工程图,从而节省产品制造成本,缩短研发时间,节约材料减轻产品重量。solidThinking 系列软件操作界面友好,兼容各类建模及优化软件,越来越受到各行各业工程设计人员的青睐。
图3 solidThinking Inspire 操作界面
本文将详述一种新型钻井辅助装备的优化改进设计,达到节省材料,提高系统强度的目的。
三、钻井辅助装备优化实例
3.1 solidThinking先导性优化分析过程
针对夏季井场积水严重,钻修井工程车辆无法进入现场作业的难题。拟设计一种新型制临时路面,技术要求:系统承载80吨,能够自由拼装,防滑效果好,质量和尺寸在满足运输要求的前提下实现经济性。
结合用户需求开展产品三维设计,初始设计尺寸为7800mmX2400mmX220mm,采用实心钢板设计,重量测得为32.4吨(如图4所示),初始设计显然不符合用户要求。以初始设计为优化对象,以总重80吨卡车的4 倍安全系数为边界条件。
图4 初始设计
指定设计中性面,选择保证强度与性能,设定优化目标为“最小质量”,针对结构实际受力进行优化,优化参数设定如下图5 所示,优化结构输入ANSYS 进行性能分析(如图6所示),根据分析结果,参考加工工艺性,最后完成设计。
图5 优化目标设计
图6 运算后拓扑优化模型
图7 有限元分析云图
3.2 产品最终设计参数
从调研用户需求到完成图纸、工艺设计,进入生产,原研发周期需要约一个月,现在仅仅需要14 天,研发周期缩短约50%。同时,生产产品结构强度、使用寿命、结构薄弱点都经过仿真计算,获得具体的分析数据,为产品实现提供有力的技术支持。
四、结论
1、本文研究了一种能够有效提高石油装备制造企业新产品研发效率的优化方法,并借助实例验证先导性仿真优化的可行性。对整个设计流程进行阐述,具有推广价值。
2、石油装备制造企业有必要改进现有新型产品研发模式,借鉴本文介绍的先导性仿真优化技术,缩短新型产品研发周期,降低产品材料与人工成本。
3、从管理层面上,石油装备制造企业必须在有限元分析技术、结构先导性仿真优化技术上进行研发投入。一是加快培养掌握有限元分析优化技术的高端人才;二是建立快速对接该项技术的生产接口。在优化研发效率的同时,进一步优化生产流程,打造能够实现柔性制造的生产企业。