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航空航天

概述

航空航天飞行器高精尖的工作性能决定了结构设计及其复杂。飞行任务的特殊性决定了工作环境的恶劣。因此应用CAE分析软件要求可靠、安全稳定、功能适用和针对航空航天行业,具有丰富的航空航天行业应用经验等。Abaqus以其卓越的产品质量得到了业界的广泛认可。除了通过ISO9001认证和Nuclear QA认证之外,还被美国食品药品管理局(FDA)作为医疗器械分析的推荐分析工具。

航空航天是Abaqus软件的重要应用领域,该行业的收入约占Abaqus公司年度总收入的三分之一。目前所有大的飞机制造企业如波音、空中客车、洛克希德—马丁、NASA、Los Alamos 和Sandia国家实验室,中国航空601、602、603、611、624、625等,航天1、2、3、4、6院等,以及成飞等,都是Abaqus软件的重要用户。波音更是将其专利的VCCT(虚拟裂纹闭合技术)嵌入Abaqus软件中,进行断裂问题的求解。Abaqus软件公司始终注重航空航天领域用户和技术的发展,近期很多研发方面的决策都是针对航空航天领域的,如大规模杆板模型的发展、断裂力学和气动弹性分析和Abaqus对CATIA的嵌入式产品(Abaqus/AFC)等。

在飞行器总体设计分析中要考虑的问题主要有:频率和振型、线性和非线性静态和瞬态应力,失稳分析,飞鸟和飞机的撞击,总体气动性能,飞机、发动机的气动匹配, 军用飞机的雷达反射特性以及红外辐射特性等

案例

1. Abaqus强大的动力分析功能可以快速地进行模态和振型计算。Abaqus可考虑多种因素对模态和振型的影响,可以准确地计算出飞行器在各种条件下的模态和振型。

 

2. 某航空公司利用CATIA几何模型,直接在CATIA环境中通过Abaqus/AFC,构建结构的仿真分析模型。这样仿真分析模型和几何体之间实现关联,几何模型的修改将直接反映到仿真模型的变化。再利用AFC为结构添加复合材料,构建复杂的接触非线性模型。利用Abaqus的非线性功能,对结构进行求解,可以得到结构的各种响应。

3. 某飞机设计公司利用Abaqus子模型功能,对舱段的局部细节进行分析,其中模型包括窗口、加强筋等细节。用户可以利用总体分析的位移和应力结果作为局部结构的边界条件,利用CAD模型构建子模型,对局部结构的网格重新划分,进而得到结构的局部细节位移及应力分析结果。

4. 飞机的前缘缝翼是民用客机、大型飞机常用的增升活动面,是通过滑轨在滑轮组架中的运动来改变机翼的翼型,以达到增加升力的目的。滑轨在滑轮组架中的运动就是一个典型的接触问题。

5. 某型飞机的中外翼对接带板属于疲劳薄弱部位,为对该部位的疲劳寿命作出合理的估算,需对该部位的应力分布进行准确的计算。利用Abaqus软件的接触分析功能对中外翼对接带板的细节应力进行了计算,给出了有限元的计算结果。

6. 复合材料在航空领域的应用越来越广泛,因此复合材料的分析工具也变得越来越重要。水平尾翼采用复合材料设计方案后,需对结构特性和力学性能重新进行评估。

7. 用于Abaqus技术的VCCT是由Composite Affordability Initiative (CAI)中的Boeing Commercial Aircraft Group发展起来的。VCCT是波音的技术专利,在其内部已经应用与复合材料的分析长达数十年之久。而Abaqus将VCCT这种技术内嵌于Abaqus/standard中,用于有效地分析复合材料结构的断裂和分层问题。

8. 世界范围内对鸟撞进行分析广泛采用的工具为Abaqus/Explicit。该程序是著名高度非线性有限元显式求解程序,主要用于分析结构在高速撞击、爆炸等动载荷下的动态响应。

10. 发动机一般是在运行过程中收到鸟类的冲击,运行过程中本身就会使得叶片产生离心力,对于离心力分析,不能直接采用显示分析,必须使用隐式分析。但是在撞击的过程是一个非常短暂的过程,必须使用显式分析。Abaqus既提供显式求解器,也提供了隐式求解器,这样为发动机的撞击提供了非常好的平台。目前在世界范围内,对发动机鸟撞进行分析仿真中,Abaqus得到了广泛采用。

11. 叶片剥离是一种严重事故,同时从力学上讲是高度动态和高度非线性问题。

12. 飞机零部件中有大量的冲压件、锻件、铸件,这些加工过程涉及冲击载荷、几何非线性、接触非线性的塑性大变形过程,Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit的非线性分析功能及显式分析和隐式分析功能的完美结合,可获得常规方法难以获得的金属成形过程中的温度场、应力场、应变场及回弹量等工艺参数,为提高工件的加工质量、选取设备吨级、制定合理的工艺过程提供依据。

13. Pad Abort Demonstrator(PAD)是NASA和洛克希德-马丁联合开发的下一代返回舱。在设计的过程中,采用Abaqus去验证关键地方的受力以及加速度,进而优化着陆机构。