1 概述

    隨著地鐵車輛技術(shù)的迅速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的不斷提高，制動電阻作為地鐵車輛制動過程中的重要部件，其設(shè)計要求能夠適應(yīng)車輛越來越高的運行速度，一方面要求產(chǎn)品能夠適應(yīng)車輛在運行過程中，在各種沖擊振動中具有足夠的強度、高可靠性和長久的壽命，另一方面要求產(chǎn)品具有良好的散熱結(jié)構(gòu)，能夠快速將由車輛制動時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化成熱量釋放到空氣中。

    在過去的制動電阻產(chǎn)品設(shè)計中，以上問題的解決較多的依賴于工程師的個人經(jīng)驗和對樣機的實際測試，很多都是在產(chǎn)品設(shè)計的后端或工程化階段，這樣不但效率低下而且需要花費昂貴的試驗費用，在市場競爭日益激烈的今天，效率和成本就意味著競爭力，這種滯后的產(chǎn)品開發(fā)模式和昂貴的試驗費用直接影響到了企業(yè)的產(chǎn)品競爭力，作為專業(yè)研發(fā)生產(chǎn)制動電阻的專業(yè)公司，我們已經(jīng)意識到了這些問題，必須要及時解決。

    CAE（Computer Aided Engineering，中譯：計算機輔助工程設(shè)計），指用計算機輔助求解分析復(fù)雜工程和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)性能等。CAE仿真技術(shù)從上世紀(jì)60年代初在工程上開始應(yīng)用至今，已經(jīng)有了飛速的發(fā)展，它和高速發(fā)展的計算機技術(shù)相結(jié)合，在生產(chǎn)、設(shè)計、科研、教學(xué)等各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，顯示出了巨大的技術(shù)效益和經(jīng)濟效益，CAE技術(shù)在解決制動電阻設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)過程中遇到的問題帶來了高效率、低成本的途徑。

    以下分兩大部分介紹仿真技術(shù)在制動電阻產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用。

2 制動電阻振動、沖擊、疲勞、壽命和可靠性仿真分析

    在產(chǎn)品設(shè)計中，振動、沖擊、疲勞、壽命等是非常重要的性能指標(biāo)，依靠傳統(tǒng)的設(shè)計方法只能對樣機進行試驗和測試來判斷其可靠性，這種方法是有效，但在產(chǎn)品開發(fā)中又出現(xiàn)了難以克服的局限性：

    (1)樣機試驗只能在樣機生產(chǎn)完成后，在產(chǎn)品的實效性上難以滿足日益激烈的競爭需求，產(chǎn)品開發(fā)周期長，而且破壞性的試驗增大了產(chǎn)品的制造開發(fā)成本；

    (2)樣機測試通常得到的是整體數(shù)據(jù)，對于產(chǎn)品局部細節(jié)部分存在的隱患難以發(fā)現(xiàn)；

    (3)探究產(chǎn)品的疲勞程度、使用壽命等問題，需要投入大量的時間，進行反復(fù)試驗，造成產(chǎn)品試驗周期過長，試驗成本高；

    以上問題，使得制動電阻產(chǎn)品在開發(fā)過程中，對于振動、沖擊、使用壽命等可靠性問題的仿真分析顯得尤為重要。通過運用仿真系統(tǒng)，從產(chǎn)品的垂向沖擊振動變形情況、靜態(tài)載荷和動態(tài)載荷情況進行詳細分析，先計算出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，利用動荷載的分布特征，模擬出制動電阻的荷載流，計算荷載效應(yīng)，得出整體結(jié)構(gòu)的可靠度，然后運用系統(tǒng)可靠度原理分析整個產(chǎn)品的可靠度指標(biāo)，通過可靠度指標(biāo)來確定整個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)體系的使用壽命。

    通過仿真技術(shù)分析，在設(shè)計階段就可以及時發(fā)現(xiàn)和解決產(chǎn)品可靠性和壽命方面存在的缺陷問題，能非常有效的降低產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。仿真分析的準(zhǔn)確性和實效性已經(jīng)得到了實踐驗證，成為制動電阻產(chǎn)品開發(fā)中的必須環(huán)節(jié)。

3 制動電阻散熱問題仿真分析

    產(chǎn)品在設(shè)計過程中，溫升是一項十分重要的性能指標(biāo)，而溫升通常是受到電阻帶的結(jié)構(gòu)形狀、風(fēng)機的性能和制動電阻的散熱結(jié)構(gòu)等幾項因素影響。在電阻帶結(jié)構(gòu)確定，風(fēng)機的性能參數(shù)已確定的情況下，制動電阻的散熱結(jié)構(gòu)好壞對制動電阻的溫升影響是非常明顯的。而在傳統(tǒng)的制動電阻產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中，無法對散熱結(jié)構(gòu)進行有效的計算，往往只能對樣機進行測試，根據(jù)測試的溫升數(shù)據(jù)判斷制動電阻散熱結(jié)構(gòu)是否存在缺陷，這種對樣機的測試固然有效，但同樣存在一定的局限性。

    (1)樣機測試只能得到具體的溫升數(shù)據(jù)，無法有效比較不同散熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，很難發(fā)現(xiàn)散熱結(jié)構(gòu)的改進方向；

    (2)樣機測試往往需要的周期較長，需要制作不同的散熱結(jié)構(gòu)的樣機用來進行測試對比，這樣不但增加了產(chǎn)品的開發(fā)成本，也延長了產(chǎn)品的開發(fā)周期，無法滿足目前日益激烈的市場競爭需求。

    以上問題，使得制動電阻產(chǎn)品在開發(fā)過程中，對于散熱結(jié)構(gòu)的仿真分析顯得非常重要，目前制動電阻產(chǎn)品已使用仿真分析技術(shù)，很好的解決了以上存在的問題，不同部位的數(shù)據(jù)能一目了然。

    將仿真技術(shù)應(yīng)用到制動電阻產(chǎn)品開發(fā)中，通過對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與散熱的仿真分析，很好的解決了產(chǎn)品在沖擊、振動、疲勞、壽命和散熱等問題，有效的提高了產(chǎn)品優(yōu)化改進的效率，降低了優(yōu)化改進的成本，確保了優(yōu)化改進結(jié)構(gòu)的有效性，提升了用戶對制動電阻產(chǎn)品技術(shù)實力的認可度。

4 結(jié)束語

    隨著計算機和現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，新技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，CAE仿真技術(shù)的應(yīng)用范圍日益廣泛，其作用也愈加重要。仿真技術(shù)的應(yīng)用，既提高了制動電阻產(chǎn)品質(zhì)量，又縮短了設(shè)計、試制周期，同時能科學(xué)合理的控制成本，提高生產(chǎn)效率，對促進我國城市軌道交通的快速發(fā)展有著重要作用。