SolidWorks和COSMOS在車(chē)載天饋系統(tǒng)中的應(yīng)用

2013-05-02 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線(xiàn)

用 SolidWorks&COSMOS設(shè)計(jì)更好的車(chē)載天饋系統(tǒng)

廣州靈匯通信技術(shù)有限公司徐建

廣州生信科技發(fā)展有限公司吳書(shū)鵬

摘要:車(chē)載衛(wèi)星天饋系統(tǒng)用于移動(dòng)通信平臺(tái)交換衛(wèi)星信號(hào),為了保證天饋系統(tǒng)在各種工況下的可靠運(yùn)行并提高設(shè)計(jì)效率,我們采取了SolidWorks&COSMOS的解決方案。由于裝載車(chē)輛的不同,需要天饋系統(tǒng)有不同的變型產(chǎn)品,產(chǎn)生了不少系列零件、借用零件,利用PDMWorks系統(tǒng)可以對(duì)文件的版本、屬性、權(quán)限等作周全的管理,避免設(shè)計(jì)資料的丟失與錯(cuò)誤引用。為了保證天饋系統(tǒng)的可靠性,采用了COSMOS進(jìn)行強(qiáng)度分析、優(yōu)化和空氣動(dòng)力學(xué)分析。

衛(wèi)星通信車(chē)是現(xiàn)代高科技通信技術(shù)的集中體現(xiàn)。它無(wú)需借助任何現(xiàn)有地面通信網(wǎng)絡(luò),可以在任何場(chǎng)合建立快速和有效的通信鏈路,提供現(xiàn)場(chǎng)圖像、數(shù)據(jù)和語(yǔ)音的全方位服務(wù)。

車(chē)載衛(wèi)星天饋系統(tǒng)是衛(wèi)星通信車(chē)的核心部分。由于車(chē)載衛(wèi)星天饋系統(tǒng)的運(yùn)用場(chǎng)合特殊,它除了在通信方面要求能夠接收和發(fā)送衛(wèi)星信號(hào)外,機(jī)械性能方面要求捕獲信號(hào)時(shí)間短,結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、重量輕,整體防水、防塵,展開(kāi)速度快,可自動(dòng)展開(kāi)和收攏,專(zhuān)為車(chē)載設(shè)計(jì),適合于中、小型車(chē)輛上裝載。為了解決傳統(tǒng)天饋系統(tǒng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)效率低的缺點(diǎn)。我們采用了鋼絲繩傳動(dòng)方案,大大減輕了機(jī)構(gòu)重量,提高了傳動(dòng)效率。要將方案轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品,我們需要一個(gè)系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)平臺(tái),因此我們選擇了SolidWorks。以下便是SolidWorks在1.8米Ku波段天饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中的具體應(yīng)用。

1 三維設(shè)計(jì)

相對(duì)于傳統(tǒng)的兩維設(shè)計(jì),SolidWorks三維設(shè)計(jì)最大的特點(diǎn)是功能強(qiáng)大、使用方便高效。SolidWorks三維設(shè)計(jì)可以分為零件設(shè)計(jì)、虛擬裝配、工程圖三個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段。設(shè)計(jì)過(guò)程的全相關(guān)性特點(diǎn),使得設(shè)計(jì)者在任何階段對(duì)設(shè)計(jì)的修改都會(huì)自動(dòng)更新其他階段,設(shè)計(jì)過(guò)程變得非常靈活和輕松,大大提高了設(shè)計(jì)效率。

在早期設(shè)計(jì)階段,我們利用了SolidWorks的草圖塊功能進(jìn)行方案的比選。從單個(gè)或多個(gè)草圖實(shí)體生成塊。有了塊,可快速開(kāi)發(fā)機(jī)械裝置和連桿的概念模型。這些模型最終包括繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)、或旋轉(zhuǎn)的數(shù)個(gè)零件。以布局草圖設(shè)計(jì)機(jī)械裝置可以讓設(shè)計(jì)師可快速靈活的進(jìn)行多方案比選。

利用三維零件模型設(shè)計(jì)者可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬裝配。利用裝配體可以進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)驗(yàn)證,分析設(shè)計(jì)的不足以及查找設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。例如,進(jìn)行干涉檢查,查找裝配體中存在的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤;產(chǎn)品的統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。例如,計(jì)算產(chǎn)品總質(zhì)量、統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品中的零件類(lèi)型和零件數(shù)量;生成產(chǎn)品的爆炸圖和動(dòng)畫(huà)模擬,演示產(chǎn)品的裝配過(guò)程或維修過(guò)程;利用PhotoWorks和Animator生成產(chǎn)品的真實(shí)效果圖,提供“概念產(chǎn)品”。

2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理——PDMWORKS

由于裝載車(chē)輛和用戶(hù)需求的不同,天饋系統(tǒng)需要根據(jù)實(shí)際情況不斷的改型。并且在1.8米天饋的基礎(chǔ)上我們衍生出了0.8米、1.2米、2.4米等系列產(chǎn)品。隨著產(chǎn)品線(xiàn)的豐富,數(shù)據(jù)文件越來(lái)越多,在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理方面很多企業(yè)都會(huì)遇到難題。

我們采用了SolidWorks的PDMWorks Workgroup作為我們產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的解決方案。PDMWorks Workgroup為工作組提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、快速實(shí)施和易于使用的,以完全集成于SolidWorks的數(shù)據(jù)管理解決方案,能夠滿(mǎn)足用戶(hù)大部分公用數(shù)據(jù)的管理任務(wù)。

PDMWorks workgroup 通過(guò)電子倉(cāng)庫(kù)提供了保護(hù)文件的有效方法,電子倉(cāng)庫(kù)是存儲(chǔ)共享項(xiàng)目文件的簡(jiǎn)單而又高度安全的系統(tǒng)。電子倉(cāng)庫(kù)使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員可以系統(tǒng)地共享文件,一個(gè)文件只允許一個(gè)用戶(hù)同時(shí)檢入/檢出電子倉(cāng)庫(kù),以而避免團(tuán)隊(duì)成員意外覆蓋文件或者在錯(cuò)誤的文件版本上浪費(fèi)時(shí)間。PDMWorks workgroup 在標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境(通過(guò)常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)文件夾共享文件)之上又提供了額外的安全性級(jí)別。利用 PDMWorks workgroup,訪問(wèn)庫(kù)中的信息只有通過(guò)為工作組創(chuàng)建的管理控件而設(shè)計(jì)的用戶(hù)界面來(lái)進(jìn)行才有可能。PDMWorks workgroup 庫(kù)與普通的網(wǎng)絡(luò)或本地文件夾不同,它可以保護(hù)設(shè)計(jì)信息不會(huì)遭受未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)以及意外覆蓋和刪除。

3.產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證和優(yōu)化-COSMOS

COSMOS是一個(gè)與 SolidWorks完全集成的完備的設(shè)計(jì)驗(yàn)證和優(yōu)化系統(tǒng)。COSMOS 提供了單一屏幕多學(xué)科解決方案來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和流體動(dòng)力學(xué)性能分析。由于兩者的高集成性,使得COSMOS可以直接運(yùn)用SolidWorks模型進(jìn)行分析,不存在格式轉(zhuǎn)換的問(wèn)題,使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)者在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就能進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證和優(yōu)化,可以說(shuō)COSMOS將高高在上的CAE技術(shù)帶入到了一個(gè)新的時(shí)代。

3.1 1.8米Ku波段天饋系統(tǒng)安裝底座的結(jié)果強(qiáng)度分析

天饋安裝底座將天饋與車(chē)體相互連接,它的強(qiáng)度直接關(guān)系著天饋系統(tǒng)的安全,因此需要一定的強(qiáng)度?？紤]到車(chē)體的承載,整個(gè)天饋系統(tǒng)需要控制在200KG以?xún)?nèi),所以對(duì)于每個(gè)組件都有必要進(jìn)行質(zhì)量方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

邊界條件:安裝底座的底框通過(guò)螺栓與車(chē)頂加強(qiáng)結(jié)構(gòu)固定連接。頂框天饋安裝面受到天饋的重力,考慮到天饋重心的偏置我們采用了遠(yuǎn)程載荷。以安裝座地面中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)建立參考坐標(biāo)系,測(cè)出天饋重心X:-540mm Y:-3mm Z:398mm,天饋重量1765N。其受力情況如圖:

分析結(jié)果:COSMOSWorks提供了應(yīng)力、應(yīng)變、位移等解。由應(yīng)力圖解得出最大vonMises應(yīng)力為4.628e7 N/m^2,安全系數(shù): FOS=σ0.2/σvonMises=7.58e^8 N/m^2/4.628e7 N/m^2=14> 2.5。顯然設(shè)計(jì)過(guò)于保守,需要進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 優(yōu)化分析

3.2.1優(yōu)化目標(biāo):本案設(shè)定減小質(zhì)量為目標(biāo) ;

3.2.2設(shè)計(jì)變量:設(shè)計(jì)變量為模型中的參數(shù)。在這里我們定義模型中可以改變的尺寸槽形件的寬度。

3.2.3約束條件:以許用應(yīng)力為約束條件。

通過(guò)優(yōu)化計(jì)算,顯示最終設(shè)計(jì)和初始設(shè)計(jì),槽形件寬度由250mm減至46.755mm。我們?nèi)≌麛?shù)50mm作為我們最終設(shè)計(jì)參數(shù)。底座重量由8.7kg減輕至7.3kg。

顯示優(yōu)化后的應(yīng)力分布圖解,最大vonMises應(yīng)力為2.315e8 N/m^2,FOS=σ0.2/σvonMise s=7.58e^8 N/m^2/2.315e8 N/m^2=2.7>2.5 通過(guò)對(duì)各組件的優(yōu)化設(shè)計(jì),整個(gè)天饋系統(tǒng)由初始設(shè)計(jì)時(shí)的220kg減輕至186kg,總體重量減輕15%,大大減少了車(chē)體的負(fù)擔(dān)。

3.3風(fēng)載的空氣動(dòng)力學(xué)模擬仿真。

采用COSMOSFlowWorks直接對(duì)天饋產(chǎn)品進(jìn)行模擬

4 結(jié)束語(yǔ)

SolidWorks將CAD、CAE、PDM等先進(jìn)設(shè)計(jì)手段集于一身,為我們提供了一個(gè)完善的產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái),解決了車(chē)載天饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一些難題。SolidWorks提高了我們的設(shè)計(jì)水平,保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量,縮短了設(shè)計(jì)周期30%以上,大大減輕了我們企業(yè)的研發(fā)成本。如今我們的產(chǎn)品已成功運(yùn)用于公安、國(guó)防、民用通信等領(lǐng)域。另外,考慮到企業(yè)級(jí)的PDM應(yīng)用,可以考慮將現(xiàn)有的PDMWorks WorkGroup 升級(jí)到 PDMWorks Enterprise。

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