1、三維設計軟件UG概述

　　換熱設備是將熱流體熱量傳遞給冷流體的設備，它是化工、煉油、輕工、制藥、食品、機械及其他許多工業(yè)部門廣泛使用的一種通用設備。隨著各行業(yè)對換熱設備性能需求的不斷提高，各種新型換熱設備的研制勢在必行。

　　在換熱設備研發(fā)過程中.目前絕大部分企業(yè)仍然采用二維設計軟件，有時為了提供急需的報價信息，或追趕工期，設計人員通常是在舊圖樣上直接進行尺寸修改，或模仿老產品倉促地進行設計。這樣，采用二維設計的弊端就難以避免:一是與同三維模型關聯的工程圖相比，修改二維圖形的工作量相當繁瑣，原有圖樣利用率極低。二是平面圖形不能形象直觀地反映實體。修改設什和創(chuàng)新結構設計中存在的問題在設計初期很難被發(fā)現。三是在倡導"分析設計法"的今天，二維設計無法為CAD/CAM提供三維的分析模型，不能預見產品在生產和使用中可能出現的問題。四是不能迅速提供準確、可靠的報價信息。而三維設計軟件UG能較好解決以上的這些問題，具有很好的應用前景。

　　2 UG在換熱設備結構設計中的運用

　　2.1三維造型設計

　　換熱設備因具有品種多、單件、小批量等特點，若仍采用二維平面設計顯然不能滿足當今市場時效性的需求。為了能及時地給客戶提供經濟可行的方案，便于與客戶進行技術交流，采用三維造型設計是行之有效的選擇。在當今三維造型軟件中，UG以其獨特的技術優(yōu)勢遙遙領先。選用UG平臺進行設計，既可以向客戶展示產品模型，又能通過虛擬裝配及時發(fā)現傳熱設計中常出現的問題:換熱設備管束組裝設計是否可行;折流板布置是否確當;新穎結構是否實用。此外，由UG建立的主模型，利用工程圖模塊、CAE/CAM模塊可同時進行零件的出圖、工程分析和加工工藝編寫等工作。應用UG進行整套產品設計，為銷售部門搶占商機贏得了許多寶貴的時間。

　　2.2參數化設計

　　一臺換熱設備無論其具有何種功能，它通常是由圓筒、封頭、接管、法蘭和支座等組成。因此，各種換熱設備在結構上都具有一定的相似性。而參數化設計就是將結構形狀比較固定的零件用一組參數的尺寸關系來表示，進行零件的變異設計時，只需修改相應的參數即可完成。UG軟件具有強大的參數化建模功能。對于換熱設備中標準件設計，如圓筒、封頭、法蘭、支座等，提取出特征參數和主要尺寸參數，便可以用UG進行參數化設計。UG中部件族的功能就是用于建立一系列結構相同而部分參數不同的部件。部件族的功能特點是在一個部件的基礎上，通過電子表格設置各個部件的參數，然后利用電子表格設置的參數快速生成一系列部件，而不必逐個建立各個部件，從而大大提高了建模效率。根據其特點，其特別適用于標準件和常用件等部件的建立。如在圖1所示橢回形封頭的基礎上，按照圖2所示填寫部件組成員的名稱和參數，添加所需部件，從而完成相同結構不同參數的封頭設計。

　　2.3優(yōu)化設計

　　降低成本是換熱設備"技改項目"中的重要目標之一。要想實現這個目標，優(yōu)化設計是必經之路。為了避免過去"一次設計一個方案"的情形，現在針對用戶的每個訂單都提出幾套可行方案，然后對每個方案進行具體的"性價比"分析，最后從中選取最優(yōu)的設計方案。換熱設備的優(yōu)化設計通常是在給定的載荷、材料以及基本組成結構形式下，通過選取合適的設計變量，使換熱設備的某項指標達到最優(yōu)值。運用UG完全可以解決這個問題。以帶橢圓封頭的固定管板式換熱器為例，為了降低材料成本，優(yōu)化設計時通常選最小質量為目標函數。設計變量一般選筒體的內直徑、長度、厚度。約束條件一般包括:滿足換熱面積;封頭、管板和筒體的厚度應滿足相應的強度和剛度。經過優(yōu)化設計，能大大降低換熱設備的設計成本。

　　2.4有限元分析

　　在高參數、大型化的場合，為了保證換熱設備的使用壽命和安全，設計時必須對承壓的重要元件管板、殼體、管束、膨脹節(jié)等進行相應的強度計算和校核。工作中，換熱設備要受到壓力載荷和溫度載荷的作用。由于換熱設備設計標準GB 151中僅僅闡述了受壓力影響的設計，國內外學者已經對換熱設備受壓力和溫度載荷藕合作用的情形展開了深人研究。在諸多方法中，有限元法已成為建立分析數學模型的最重要方法。隨著UG軟件日益完善，其自帶有限元分析模塊可以取代常規(guī)的有限元分析軟件(如Ansys, Marc等)，進行某些工程分析。尤其在處理復雜模型時，運用UG進行有限元分析有以下兩大優(yōu)勢:其一，避免以往由Pro/E, UG等造型軟件向ANSYS等分析軟件轉化的過程，減少了許多因轉化帶來的許多額外工作。其二，根據有限元分析結果，直接修改主模型，由于UG各模塊間具有關聯性，工程圖會自動地進行相應修改。

　　2.5管板布管

　　換熱管是換熱設備的重要組成部分。設計過程中，它的布局合理與否將直接影響整個設備的傳熱效果。換熱管在管板上的排列形式通常為三角形、正方形、轉角正三角形、轉角正方形。布管時，傳統的設計手段是二維平面設計法。對剛從事換熱設備設計新手而言，因布管成功率較低，會帶來許多重復工作。此時，若采用UG進行設計，工作量能大大減少。根據實際需要，能進一步優(yōu)化布管，合理確定拉桿、接管的位置，使換熱設備的傳熱效果和整體性能得到可靠保證。

　　2.6整體裝配

　　在完成各零件模型的設計后，根據設計要求利用UG提供的Assembly模塊裝配零件，采用從底向上建模、自頂向下建模和混合建模3種方法，通過一定的裝配約束關系，調用已建立的零部件庫可實現換熱設備的快速裝配，這樣設計者對于各零部件間的匹配關系就有了一個很直觀的認識，有助于設計的整體進程。

　　3結語

　　根據換熱設備的產品特點，合理地使用UG各功能模塊，能很好解決該產品研發(fā)過程中遇到的設計問題。這不但為設計出優(yōu)質、高效的產品提供了科學依據，而且還能為從事換熱設備設計企業(yè)創(chuàng)造出可觀的經濟效益。