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航天航空

卫星设计分析

文字:[大][中][小] 2016-6-23    浏览次数:335    

航空航天行业特点


航空航天工业是国家的技术前沿和骨干行业,其产品开发和制造技术水平,不仅是质量和效率的保障,更是国家实力和形象的象征。当前,数字化技术已经成为全球航空航天工业产品开发和生产的最有力手段和企业的核心竞争能力。在国内,CAD/CAM的成功应用也证明了数字化技术的巨大价值。所谓CAE技术,也就是通过数字化手段,分析验证产品的性能、安全性和可靠性,是产品研发和制造数字化技术的核心。Abaqus是国际著名的CAE软件,它以解决实际工业问题能力和强大的非线性功能赢得广泛声誉。航空航天工业是Abaqus最重要的应用领域之一,波音、空中客车、洛克希德-马丁等长期合作的用户。对航空航天很多复杂和特殊的问题,如疲劳断裂、复合材料损伤、起落架柔性机构、接触连接、金属塑性等,在所有的CAE软件中,Abaqus是最有优势的。


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。


就我国目前状况,国家职能部门正在大力推进航空航天工业数字化工程,目的在于通过整合和充分利用现有条件,借鉴国内外先进的数字化技术和管理模式,开展技术攻关,基本打通飞行器研制的数字化设计、试验、制造和管理生产线,初步创建数字化工作、技术和保障基本体系,形成全机数字样机研制和典型数字化部件的工程研制能力,大幅度地缩短型号研制周期,减少研制费用,降低生产成本,提高产品质量,增强竞争力。在此基础上,竟以补充和完善数字化生产线和数字化体系,具备在新一代飞行器研制生产中实施数字化设计、试验、制造和管理的工程能力,从根本上改变现行的设计、试验、制造和管理模式、手段和方法,实现数字化生产方式的变革。


实现数字化后,在设计阶段,数字样机将取代实物样机,数字化试验将成飞行器系统的主要设计方式。由于设计上的数字化,可以实现快速多学科、多目标的优化,设计出最佳的飞行器方案,建立起世界一流的虚拟开发环境。制造业数字化是航空航天工业信息化的重要发展方向,是信息化带动工业化的重要举措,是全面振兴行业的重要内容。飞行器制造业数字化工程的实施,将有力推动我国传统制造业生产方式的变革,从根本上改变我国现行的飞行器设计、制造、试验和管理模式。从方法和手段入手,实现我国航空航天事业的跨越发展。


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。


行业成功案例


1.1卫星设计


Abaqus统一的有限元分析概念,在结构分析及模型简化过程中,具有得天独厚的优势。在卫星设计分析中,卫星的总体动力学分析、组件级的应力分析、太阳能电池板的机构运动分析及冲击跌落分析等都在统一的分析平台和环境下完成。


→ 同一个分析平台——Abaqus


→ 同一个有限元模型—只需做很小的改动

 



                                                卫星的统一有限元分析


1.1.1   卫星的模态动力学分析


为保护用户已有的投资,利用fromnastran 工具将NASTRAN模型和载荷导入Abaqus。


工程挑战


→ 求解大型复杂有限元模型的模态


→ 定义动力学环境


→ 输出多个响应


→ 响应的显示和后处理


Abaqus解决方案


→ 高效的Lanczos/AMS求解器


→ 简单直接的激励定义方式


→ 输出变量可以通过单元集和节点集分组


→ Abaqus/Viewer使后处理更加方便、简洁


                                          模态动力学响应


1.1.2电池组托架的应力分析


工程挑战


→ 多静态载荷工况


→ 可能出现的材料非线性


Abaqus解决方案


→ 高效的多工况分析功能


→ 高级的有限元分析功能,同时求解材料、几何和接触等非线性


过去的方法


→ 得到组件的相互作用载荷和位移并存储在输出文件中,利用这些载荷和位移对组件结构进行求解,得到局部分析结果


方法革新


→ 子模型功能,利用总体模型传递边界条件



1.1.3太阳能电池板的展开


工程挑战


→ 需要求届由于展开引起的力和应力


→ 电池板的柔性非常重要,因此刚体分析并不能满足分析要求


Abaqus解决方案


→ Abaqus可以求解耦合的机构-柔性体分析问题,并可以考虑非线性效应


过去的方案


→ 进行刚体分析或通过模态方法进行柔性体分析


方法革新


→ 利用统一的有限元模型进行线性或非线性柔性体的机构分析


 


1.1.4运输引起的冲击和损伤


工程挑战


→ 复杂的非线性动力学问题,并带有许多接触区域和损伤/失效


Abaqus解决方案


→ 强健的通用接触算法


→ 非线性材料属性和失效


→ 并行计算以减小计算时间


过去的方法


→ 刚体分析提取接触力


→ 利用刚体分析的结果,进行模态动力学分析


方法革新


→ 利用统一的有限元模型,Abaqus/Explicit 求解耦合的机构-结构的冲击分析


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