航空航太

重要客戶:波音、空中巴士、洛克希德馬丁、NASA、中國航空工業第一集團公司第一飛機設計研究院、中國運載火箭技術研究院14所、北京環境強度研究所、中國運載火箭技術研究院總體部等。

複合材料水平尾翼分析

複合材料在航空領域的應用越來越廣泛,因此複合材料的分析工具也變得越來越重要。操縱負載在水平尾翼表面產生向下的壓力。對複合材料水平尾翼施加氣動負載,扭矩負載、瞬態壓力負載等,進行靜力和動力分析,並完全支援結構的後處理。

縫翼滑軌裝配分析

縫翼滑軌模型中需要考慮縫翼的氣動負載、縫翼同滑軌的連接、滑軌同滾輪之間的複雜接觸非線性。滾輪同滑軌之間的接觸應力是結構設計的關鍵。通過縫翼滑軌模型的總體裝配分析,儘量減少模型的簡化,更加準確的確定結構的受力分佈及變形。

中外翼對接帶板應力分析

中外翼對接帶板通過螺栓連接,形成複雜的接觸連接結構。螺栓孔邊的應力集中是造成結構疲勞破壞的主要因素,而且很難通過實驗的方法確定孔邊的應力。通過有限元模型,真實的建立結構的接觸關係,求解結構孔邊的應力分佈,為進一步的疲勞計算提供準確的應力計算結果。

航空零件的疲勞分析

靜力分析確定結構的應力分佈後,可以繼續通過疲勞分析確定結構的疲勞壽命。通過給定負載譜和材料的壽命曲線,對結構總體的疲勞壽命做出評估。

複合材料屈曲分層分析

增強壁板的總體回應為剪切屈曲,剪切屈曲驅動結構的局部分層和強度退化。通過在結構角點施加位移邊界條件,模擬剪切負載。不需要對網格進行重新劃分,就可以在非線性屈曲分析過程中進行複合材料的分層分析,評估結構的損傷狀態,進而可以改進對複合材料結構的理解。

蒙皮-補強梁結構的斷裂模擬

複合材料中的裂紋初始化和裂紋傳播同金屬材料的屈曲和塑性變形類似。為模擬複合材料粘接結構的脆性斷裂問題,波音開發了虛擬裂紋閉合技術-VCCT。Abaqus將波音的VCCT商業化,集成到Abaqus軟體。利用波音的VCCT技術,可以模擬複合材料粘接結構的斷裂過程,如蒙皮-補強梁結構,對結構進行極限負載分析。

T型接頭的斷裂模擬

在T型接頭分析過程中,利用大變形分析中混合模式的裂紋傳播方式,描述裂紋的初始化和增長過程。基於能量描述方法,可以最小化網格密度的敏感性。

蒙皮-縱梁後屈曲分析

在航空結構中使用大型的粘接結構,以減小層合複合材料結構的費用。在基本結構中,粘接面需要承受層間負載。在損傷容限分析中,粘接面需要承受結構損傷之後的附加負載。利用三維斷裂介面元素,可以預計蒙皮與加強梁的分離,以及分離後結構的後屈曲。

複合材料粘接分層

Abaqus獨有的實體複合材料功能,可以利用實體元素創建層合複合材料,方便複合材料的建模。利用粘接元素(Cohesive Element)可以模擬複合材料蒙皮和補強之間裂紋的初始化和開裂過程。

複合材料損傷分析

複合材料的內部損傷不僅導致強度、剛度和壽命下降,也引起彈性常數、熱膨脹係數等發生變化。複合材料的損傷分析具有強烈的非線性。除標準的損傷模式外,Abaqus還可以自訂材料的損傷模式。

利用實體殼元素(continuum shell)的複合材料分析

傳統的殼元素用殼的中面描述,很難處理雙面接觸問題。實體殼元素利用實體元素對複合材料建模,可以很容易地處理雙面接觸問題,而且元素可以具有較高的縱橫比。在求解時,實體殼元素採用殼的元素公式求解,可以大大提高計算效率。

高速鉚接分析

高速鉚接過程的模擬涉及材料、幾何和接觸非線性。鉚接過程分為鉚接和回彈兩個步驟。Abaqus同時具備隱式和顯式求解器,可以交替的使用兩個求解器,應用自我調整網格技術,求解鉚接(動力學)和回彈(靜力學)問題,分析結構的最終受力狀態。

蒙皮壁板結構的屈曲分析

複合材料蒙皮壁板結構的屈曲試驗需要需要耗費大量的時間和費用,而且複合材料的屈曲目前又沒有標準的試驗手段,因此必須引入新的分析手段對結構進行模擬。通過Abaqus for CATIA,在CATIA環境下就可以直接對複合材料蒙皮壁板材料進行屈曲和後屈曲分析。當結構設計更改後,可以直接利用CATIA的關聯性,直接得到結構修改後的有限元分析模型。求解後,得到結構修改後的力學屬性。

渦輪發動機葉片剝離模擬

葉片剝離是一種嚴重事故,同時從力學上講是高度動態和高度非線性問題。發動機外殼必須防止脫離的葉片擊穿,還要能在葉片剝離導致的不平衡力作用下繼續工作。由於實驗消耗很大, 發動機設計和驗證可以採用Explicit來進行模擬。模擬考慮材料非線性、結構複雜的接觸關係,還可以通過平行計算提高效率。應用Standard分析風扇勻速的狀態;再用Explicit進行後續的葉片剝離分析,計算不同外殼厚度結構的回應。

直升機變矩鉸分析

波音在CH-47契努克直升飛機螺旋槳的螺紋絞接件新設計中採用Abaqus進行分析。原潤滑軸承修理和維護的費用較高,將其改為自潤滑彈性軸承,即在軸和外套之間採用橡膠層連接,這樣可以大大減少維護的費用。自潤滑軸承需要分析接觸、過盈配合等內容。由於準確的模擬,縮短了設計階段,節省了重新設計和重新測試的費用。

油箱衝壓分析

油箱的衝壓、切邊及回彈過程將引起結構的殘餘應力,而這些殘餘應力會嚴重影響結構的力學屬性和疲勞壽命。使用Explicit和Standard兩個求解器交替的求解衝壓、切邊和回彈過程,可以更準確的得到成形之後結構的力學屬性和受力分佈,進而更準確的確定結構的疲勞壽命。

渦輪葉片鍛造分析

渦輪葉片的鍛造過程將影響葉片的最終形狀。通過數值模擬,可以輔助設計鍛造過程,減少試驗的次數,進而提高效率。通過Explicit模組,採用自我調整網格技術,對毛坯進行成形分析;通過Standard模組,對毛坯進行回彈分析,可以準確地預計葉片的最終形狀。

油箱的衝壓成形過程

結構陰模、陽模和板金的裝配在Abaqus/CAE下完成,利用Explicit模組求解整個衝壓過程,給出成形後板金厚度的分佈情況。考慮不同壓邊力條件下板金的厚度分佈情況,輔助確定製造過程。

鈦合金板材衝壓成形

利用Explicit模組分析板金的衝壓過程;在利用Standard模組分析回彈過程,確定回彈量。考慮不同工藝條件下的回彈量,分別進行模擬,確定最佳製造過程。

飛行器起落架多體動力學分析

問題難點:
‧展開時的運動協調性
‧連接部位的反力計算
‧部件級的應力分析
‧著陸時的動力學分析

Abaqus解決方案:
‧在Abaqus/CAE中建模和程序定義
‧所有分析採用統一的模型

飛行器起落架部件級靜力分析

問題難點:
‧多重機械結構
‧需要為多重構型,多重組件和多重工況提取相互作用力

傳統分析採用剛體分析提取部件間的作用力,再將部件間所用力作為靜載施加在部件上,施加邊界條件,分析過程繁瑣。Abaqus採用統一的模型對過程進行機構-結構耦合分析,不需要導入匯出部件間的作用反力。

飛行器起落架部件級動力分析

問題難點:
‧接觸非線性
‧材料非線性
‧幾何非線性

傳統分析利用剛體分析提取部件間的作用力,再將部件間作用力施加在模態動力學模型上。Abaqus採用統一的有限元模型使用Abaqus/Explicit對過程進行機構-結構耦合分析,使用多處理器並行來減小分析時間。綜上Abaqus可以利用統一的模型進行著陸過程的運動學, 靜力學, 和動力學分析,提高了分析效率,減少了模型修改工作量。採用先進的演算法,更容易處理各種複雜的非線性問題。