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行业领域

高端装备制造产业

需求背景

随着计算机数值模拟技术的发展，CAE模拟仿真应用在产品设计、分析、优化中变得越来越重要，通过此技术的应用，可以让设计者对于产品的设计的性能，可靠性以及生产中的工艺等有一定的评估和了解。从而加快了产品的迭代设计进度，提高了效率，降低了成本，提高了产品的竞争力。

    轴承是广泛应用的机械支承零件,其随着现代科学技术的发展对传动机构的要求也越来越高，向着高速重载方向发展，这对滚动轴承的设计和制造也提出了新的要求。伴随着激烈的竞争，仿真分析业务能力增强，一方面仿真分析学科涉及的业务领域越来越多，流程越来越复杂，特别是轴承涉及的因素较多，设计空间极其复杂，导致设计人员难以有效地对其进行优化设计。这就要求企业具备可靠、规范的设计方法，能够快速响应市场的需求，提高市场占有率。零散化的设计及仿真任务量繁重，大量繁琐的设计占用了设计人员的时间，而且有限元仿真技术应用起点较高，应用仍不足，而却不能保证设计及仿真质量，这些都不能满足市场的需要。而且单点式的仿真分析工作方式，已不能满足新产品的设计流程和节奏。为解决传统设计模式的问题，进一步提高设计效率及质量，仿真系统也正在向协同化与平台化的方式转变，迫切地需要可以集仿真、设计与优化于一体的轴承设计系统，建立参数化的轴承建模功能及仿真分析功能，解决轴承设计中模型生成及仿真计算需求。

    滚动轴承动态有限元仿真分析系统以有限元仿真设计为核心，借助于信息技术实现产品研制过程中信息全面共享，以显式动力学和动态接触力学的有限元算法为基础，研究滚动轴承的有限元分析方法及有限元软件二次开发与集成技术，实现三维实体单元建立滚动轴箱轴承的有限元模型建立功能，轴承的动态过程数值模拟功能，包括轴承接触分析、强度分析、刚度分析、动力响应分析以及疲劳分析功能。系统支持仿真分析报告自动生成功能，可为用户提供理论数据支持。

该系统通过针对轴承设计及仿真需求建立仿真设计与仿真分析系统将企业无形的知识资产保留下来，通过信息化技术进行传承，这笔资产对于企业或对于整个社会都将是一笔不可估计的巨大财富。

    该系统引导各个设计、仿真与优化环节的工作，提升产品研发过程整体运作效率，支持标准化研发流程实现过程控制和过程优化，将设计、仿真串联起来，加速研制过程和技术创新，保障研制质量，促进产品的研制模式变革，提升整体研制水平和创新能力。

需解决的主要技术难题

 （1）轴承设计、仿真、优化过程封装与集成

    将各类设计分析模型、应用程序和工程经验进行集成和封装，生成直接面向具体任务的应用界面，并在后台驱动设计分析仿真及优化软件的建模、求解和后处理过程有效实现了软件技巧、知识和经验的固化。

    （2）参数驱动的自动化建模功能

    参数驱动的自动化建模功能是实现自动建模的关键因素。

    三维模型参数化将是实现轴承设计功能模板化的难点。提取轴承设计中的关键参数，作为设计参数，通过与三维设计软件接口调用功能实现三维模型的参数驱动，即针对具体产品定制开发的设计界面，通过输入设计参数或选择产品型号，运行后即可驱动后台自动生成所需的三维模型。

    （3）轴承有限元分析模型的自动生成

    轴承有限元分析模型自动生成将有效的为有限元分析提供必要的计算输入文件，如何自动生成所需要的有限元分析模型是实现有限元分析功能的关键因素。

根据轴承设计中所需的仿真优化功能，基于设计、仿真、优化经验和专业知识，提炼分析模型生成方法，采用脚本语言或命令流的方式自动生成基于不同分析目的的有限元分析模型，为有限元仿真计算及优化自动地准备好输入数据文件，实现有限元仿真计算及优化输入文件的自动生成功能。

    （4）优化设计及集成

    优化设计往往需要将优化流程中涉及的优化变量、优化目标及约束条件通过参数控制接口固化到应用模板中，通过对优化软件的二次开发实现自动化地在设计空间内寻优的功能。

期望实现的主要技术目标

开发完成滚动轴承动态有限元仿真分析系统，实现以下功能：

    1、基于赫兹理论的轴承接触计算功能；

    2、实现轴承的参数化建模功能；

    3、实现轴承有限元分析功能：包括接触分析、滚子凸度优化、动力响应分析、寿命计算及失效分析；

    4、实现轴承仿真分析报告生成功能。

处理进度