案例分享 | 全新仿真工作流-助力采礦設備縮短開發周期

Haver & Boecker Niagara公司利用MSC Apex的Python腳本和自定義功能,將建模和仿真時間減少了40%, 與MSC Nastran求解器完全兼容,允許15年的數據保留。

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“在使用MSC Apex之前,從二維草圖開始,通過中間鋪面到模型創建的過程可能需要2到3周的時間。使用Apex之后,我們可以在不到一周的時間內從3D CAD直接獲得完整的有限元模型,不需要先創建二維草圖。通過腳本和自定義功能, MSC相關團隊一起開發,將滿足特定需求成為了可能。”

—— Jansem Sasso Nogueira

開發工程師, Haver & Boecker Niagara

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如果您是礦業工程師,而您的設備已經被損壞。您一定很清晰的知曉該設備如果不是因為巖石和泥土而損壞的,那么造成損壞的原因就是機器本身,因為它有大量的大型運動零件, 一直在劇烈晃動和振動。

無論哪種方式,您所使用的工業采礦設備都必須繼續在這種惡劣的環境中工作——并且不能損壞,俗話說,時間就是金錢–機器損壞的每一分鐘,都會損失金錢。 因此,在設計新的工業采礦設備時需要進行大量工程設計,以使其能夠適應這種嚴酷的環境。 值得慶幸的是,MSC Apex能夠勝任這一任務,與傳統工作流程相比,將這一重要工作流程的速度提高了40%。

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圖 1: 振動篩組件的CAD模型




挑戰




為采礦業設計新的振動篩是一項復雜的任務。這些設備承受的載荷較大,工作時,機器的加速度將提高到6g。此外,由于其結構尺寸的原因,振動篩有幾個固有頻率,必須以一定的安全系數使其遠離工作頻率,這需要非常精細的設計和分析工作。

驅動系統在振動篩結構上施加周期性的載荷,因此在設備的質量、剛度和應力之間找到平衡至關重要,這樣可以防止過早疲勞失效,并為客戶提供可靠且具有成本競爭力的設備。由于振動篩是由成千上萬個緊固件將數十個零件固定在一起組成的,因此不可能對每個組件單獨執行有限元分析(FEA)。而整機的有限元模型必須一起創建和求解,是一個非常耗時的過程,并且由于有限元模型的太大,可能難以找到并修復錯誤。
多年來,傳統的設計振動篩的方法已被證明是可靠的,但它并不是一個快速的工作流程。傳統方法是:Haver&Boecker Niagara的工程師從二維草圖開始,草圖用于在CAD軟件中構建簡化的幾何圖形。然后將此幾何圖形導出到預處理軟件,在使用MSC Nastran求解有限元模型之前,先劃分網格、設置連接器、載荷和邊界條件等預處理。經過幾次模擬,最終設計被帶回CAD軟件,以構建最終3D模型并開始詳細的工程過程。
這種線性工作流程使新設計的開發時間相當長。 最重要的是,大部分時間和精力都花在創建簡化的幾何圖形和高質量的網格上– Haver&Boecker Niagara工程師希望使用MSC Apex能夠加快速度,旨在使用MSC Apex得以減少整個產品開發周期,同時允許執行更多的設計迭代以得到更好的設計。
在評估MSC Apex時,另一個重要要求是選擇可以與之前的仿真工具完全集成的軟件,這樣Haver&Boecker Niagara可以保留其15年的有限元數據庫,而不必將所有這些舊數據轉換成另一種格式。




解決方案




Haver&Boecker Niagara的開發工程師對MSC Apex和他們以前使用的預處理軟件進行了基準測試,發現通過使用刪除特征、幾何清理、中間面提取和直接建模工具顯著地縮短了建模時間。

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圖 2: MSC Apex振動篩模型

第二個深入人心的功能是MSC中的Python腳本和自定義功能。在評估過程中,MSC相關團隊直接與Haver&Boecker Niagara工程團隊合作,開發了可滿足特定需求的定制python腳本。最終,隨著團隊對這些功能的熟悉,幫助他們重新設計了流程,使Haver&Boecker Niagara的工程師可以在與3D模型和FE模型幾乎同步的進度上工作,從而節省了大量時間。

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圖 3: 振動篩模型在MSC Apex中的特寫

新的工作流程不僅縮短了開發時間,而且還為工程師提供了更多機會來迭代設計,優化設計并得到更好的產品。整個過程都通過數值模擬和實驗測試進行了驗證,數據顯示,其精準度與之前無二。

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圖 4: 振動篩模型的動態加速度結果

MSC Apex的另一個優勢是與MSC Nastran完美兼容,這使Haver&Boecker Niagara的工程師可以繼續使用和擴展其15年時間里采用MSC Nastran解決方案的數據庫,包括快速、并行解決大型動態問題的解決方案。




結果




憑借MSC Apex的開創性功能,Haver&Boecker Niagara的工程師能夠節省40%的傳統重型篩分機的開發時間。以前需要花2到3周才能開發出的可用于求解器的網格模型,現在可以在不到1周的時間內建成。友好的圖形用戶界面、自定義腳本以及高效的幾何和網格編輯功能均為此項改進提供強有力的支持。


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“我們的工程師現在期待使用MSC Apex優化其產品組合中的更多產品.”

——Jansem Nogueira & Paulo Totti,

開發工程師, Haver & Boecker Niagara

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