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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。随着CAE的不断深入,已经在航空航天行业具有十分广泛的应用。
飞机一般由机翼、机身、起落架和飞机操作系统组成,其结构受力复杂。传统的航天飞机设计及加工都是根据二维工程图样来完成的,加工出的产品数据精度不高,往往要不断地修改产品设计,所以它的研发周期长、成本高。
随着大量工程应用软件的投入使用,CAE可以对飞机的各大部件如机身、机翼、舵面、发动机短舱、气密舱、起落架等进行常规的结构分析、热分析、动力分析等,而且还能进行流体-固体耦合、热-结构耦合、气动分析,完全能满足飞机设计中对有限元分析的需求。
1.飞行器总体
· 飞行器频率和振动分析
检测飞行器自由振动时的圆频率,准确计算出飞行器在各种条件下的固有频率和固有振型。
· 线性和非线性静态和瞬态应力
精确计算飞行器在线性和非线性情况下的静态和瞬态的应力,确保飞行器的结构强度。
· 失稳分析
分析飞行器在经受任意微小外界干扰后,能否恢复初始平衡状态,以研究结构稳定防止不稳定平衡状态的发生。
· 鸟撞分析
模拟飞鸟撞击飞机器后发生的结构变形和破裂,以及后续的结构动态响应。
· 飞行器总体气动性能分析
分析飞行器在飞行状态下所受到的升力、阻力、力的方向、大小与其本身的截面、长度、推力、稳定性等。
2.机身、舱段和机翼
· 机身机翼等静力分析
在静载荷的情况下观察机身机翼等的结构强度,刚度,应力等。
· 动力响应分析
对机身、舱体、机翼等的模态、振动、抖振进行分析,确保机体结构强度。
· 缝翼滑轨模型装配件分析
分析在结构受载过程中,哪一个或哪些滚轮和滑轮发生接触,从而为其提供边界约束。
· 中外翼对接带板分析
中外翼对接带板属于疲劳薄弱部位,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。
· 复合材料水平尾翼强度分析
用复合材料对水平尾翼进行建模,然后分析其结构特性和力学性能。
3.起落架
· 多体动力学分析
对起落架展开时的运动协调性,连接部位的反力计算,部件级的应力分析,着陆时的动力学分析, 零部件的大变形进行分析
· 部件级静力分析
对起落架多重机械结构,多个组件和多种工况提取相互作用力进行分析
· 部件级动力分析
对起落架的接触非线性,材料非线性,几何非线性进行分析。
4.航空发动机
· 轴系弹塑性、静动力分析、疲劳分析、优化设计
对航空发动机的轴系进行一系列的分析来计算高应力区域,确保发动机的可靠性
· 盘系的静力计算、模态计算和动力响应计算
对盘系承受的主要载荷如机动载荷,气动载荷进行分析并通过弹塑性、粘塑性分析进行盘系的静力计算和模态计算。
· 叶片模态计算、动力响应计算、热疲劳分析
对叶片在工作时受到的气动力,交变力,热载荷,随机载荷,旋转引起的离心载荷进行分析。
· 发动机机匣载荷分析、疲劳变形分析
对发动机机匣受到的气动载荷,温度载荷,地面吊用载荷以及随机振动进行分析,并针对多次运行后的疲劳变形进行分析。
· 发动机鸟撞分析
对发动机在运行工程中受到鸟类的冲击后的一系列反应进行分析。
5.卫星设计
· 卫星设计
对卫星的总体动力学、组件级的应力分析、太阳能电池板的机构运动及冲击跌落进行分析,完善卫星的整体设计。
· 卫星的模拟动力学分析
可以解决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,对响应后的显示进行后处理。
· 电池组托架的应力分析
对多静态载荷的工况以及可能出现的非线性情况进行有效处理,分析电池组托架的具体应力分布。
· 太阳能电池板的展开分析
对电池板展开引起的力和应力进行分析,对电池板的柔性进行分析。
· 返回舱的设计
对返回舱的整个流程进行分析,在前后分析的交接中,完全采用真实模型,保留前期工作,快速进行下一步分析,让分析有效可靠。
机身横截面压力分布 | 机翼处流线图 | 机翼横截面速度及压力分布 | 机翼速度分布 |
软件名称 | 应用领域 | 应用范围 |
ANSYS | 结构静力分析、结构动力学分析、结构非线性分析、动力学分析、热分析、电磁场分析、流体动力学分析、声场分析、压电分析 | 航空、航天、电子、车辆、船舶、交通、通信、建筑、电子、医疗、国防、石油、化工等众多行业。 |
ABAQUS | 静态应力/位移分析、动态分析粘弹性/粘塑性响应分析、热传导分析、质量扩散分析、耦合分析、非线性动态应力/位移分析、瞬态温度/位移耦合分析、准静态分析、退火成型过程分析、海洋工程结构分析、水下冲击分析、柔体多体动力学分析、疲劳分析、设计灵敏度分析、材料模型 | 金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料及土壤和岩石问题、热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析、压电解质分析、航空、汽车、船舶、土木、电子、材料成型加工、石化。 |
SolidWorks | 3D 实体建模、钣金设计、零件设计 | 航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等 |
Fluent | 流体分析、热传递 | 航空航天、燃料电池、生物医药、钢铁冶金、船舶、电子电气、汽车、机械、化工、电力、环境、石油、建筑、空调玻璃、搅拌。 |
ANSYS CFX | 流体动力学分析、辐射传导热分析、声学与噪声分析、燃烧与化学反应分析、流固耦合分析、相变/多相流分析、旋转机械分析 | 航空航天、旋转机械、能源、石油化工、机械制造、汽车、生物技术,水处理、火灾安全、冶金、环保等。 |
UG | 工业设计、产品设计、CNC加工、模具设计 | 航空航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域 |
CATIA | 三维结构设计、设计中的应力、位移、振动等分析 | 汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计(主要是钢构厂房)、建筑、电力与电子、消费品和通用机械制造。 |
FlOW-3D | 流体分析 | 航天工程、水利及环境工程、海岸及船舶工程、多孔材料液体流动模拟徼流道应用、铸造模拟、材料涂层模拟。 |
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