第一届航空CAE技术发展论坛

<正>会议主题智能化CAD/CAE集成技术会议内容面向航空产品的CAD/CAE集成设计系统多学科、多尺度CAE仿真技术CAE的平台技术与应用可靠性分析与CAE工程稳健设计CAE在航空、航天工业中的应用     

三维CAD/CAE技术在内燃机设计中的应用

机械设计手段从20世纪70年代的手工绘图转向计算机绘图,大大提高了绘图效率和绘图质量。二维CADCAE技术的普及结束了手工绘图的历史,对减轻人工劳动强度,提高经济效益起到了很明显的作用。随着技术的发展,CAD/CAE技术正从二维CAD/CAE向三维CAD/CAE过渡。为此介绍并讨论了三维CAD/CAE技术及其在内燃机设计中的应用。     

基于仿生学的机翼结构刚度和强度设计研究

探讨仿生学及结构仿生学的理论基础,研究将其应用到飞机机翼的结构设计中以提高机翼的结构刚度和强度的方法。主要包含两个方面:一是对肋、梁等零件进行仿生设计分析;二是对承力系统进行整体结构的仿生设计分析。研究内容包含:分析机翼结构受力和传递路径,探讨与机翼结构相似的特定生物系统特征,以确定机翼结构形式、并计算应力、变形等参数,和原型机翼进行比较,最终择优选择设计方案。     

机身复合材料加筋板壳的稳定性及强度分析系统

随着先进复合材料在飞机主承力结构（如机身结构）中的大量应用,工程上迫切需要大型复合材料加筋板壳的快速建模打样计算、稳定性（刚度）和强度分析的理论和程序支持。基于稳定性理论,并综合复合材料任意加筋板壳有限单元和复合材料层合板壳失效理论等方面的成果,开发了一个机身复合材料加筋板壳结构的稳定性及强度分析程序(CSSAP)。该程序系统不仅可以进行复合材料（加筋）板壳的线性稳定性和强度分析,还可进行非线性稳定性和强度分析;可对较粗的网格划分,得到临界屈曲应变和后屈曲时的应力。通过一些算例与文献结果的对比,表明本程序系统能够满足工程上的精度要求。并且,通过对实际机身一个典型复合材料加筋板壳的计算,表明本程序系统也可用于飞机工程复杂结构的分析。     

CJ828复合材料水平尾翼结构初步设计与分析

根据大型宽体客机的特点,结合飞机结构设计特别是复合材料结构设计的原则,运用现代飞机设计理论分析,对大型双通道宽体客机的水平尾翼进行了初步设计.首先确定了水平尾翼的主要主承力结构的布置形式,其次计算了水平尾翼在飞行过程中的载荷情况,进行合理选材,根据各结构元的受力特点确定细节尺寸和铺层形式.在CATIA软件中创建三维模型,在MSC.Patran/Nastran中进行有限元静强度校核,并进行了受力翼盒蒙皮铺层的优化,得到的结果满足预期设计许用值目标,并实现了等强度设计.     

军用飞机总体方案的可承受性分析

为了研究飞机设计中的不确定性因素对总体方案优劣的影响,对飞机设计中不确定因素的存在根源进行了分析;介绍了不同不确定性因素的相应处理方法,包括概率论、变复杂度理论等;以此为基础,提出了面向可承受性的飞机总体方案评估方法;采用该总体方案评估方法,对某军用飞机及其改型的可承受性进行了分析;通过计算可知,在改型飞机上加装新型空空导弹可使改型飞机的可承受性优于原型机;结果表明,该方法可以应用于飞机总体方案的有效评估和合理改进中。     

图形交互设计的核心技术在航空部门的工程应用

综述了IBM计算机图形交互设计的核心支持软件——CGI的主要用户功能与在航空部门的工程应用。CGI支持开发的CAD系统已成功地应用于几种飞机型号设计,在工程分析软件的开发与移植中也发挥重要作用。工程应用表明,CGI是一种功能全面的高级图形用户接口,是IBM机开发CAD/CAE/CAM应用系统的基础手段之一。     

气密座舱球面框的非线性有限元结构设计

基于三维非线性有限元数值分析,对飞机的重要部件球面框进行结构设计。首先阐述了数值分析的数学模型,并且分析了建立有限元数值分析模型的几个关键问题,最后得出球面框应力和位移数值解,明确了强度、刚度情况。     

飞机/发动机一体化评估系统研究

本课题研究了一种快速的飞机/发动机一体化评估方法和软件,其主要特点是根据飞机飞行任务要求,同时对飞机/发动机系统的主要设计变量(如飞机起飞推重比、翼载、机翼几何参数和发动机循环参数等)进行有约束多目标优选,求得最佳方案。优选的目标函数和约束条件由飞机战术技术要求和飞行任务确定。 应用此评估系统,曾对某型歼击机进行改型方案论证。计算结果表明:优选后的飞机性能有明显改善;飞行任务要求不同,最佳方案飞机的推重比、翼载、机翼外形和发动机循环参数也不同。使用本系统方便和快速,每计算一个方案在IBM4341计算机上,所需CPU时间在1min以内。本评估系统适用于战斗飞机/发动机的设计和改型,经扩充后也可推广到民用飞机/发动机的方案论证工作。     

基于骨架模型的复合材料结构设计研究

复合材料因其具有比强度高、比刚度高、可设计性强、抗疲劳性好、耐腐蚀等独特优点,在航空航天领域应用日益广泛.国外现代飞机复合材料结构设计在CAD/CAM和系统工程管理支持下,形成了综合考虑全寿命周期中设计、生产、使用和保障等各阶段要素的基于全寿命分析的并行工程关联设计方法.国内的复合材料结构设计目前普遍采用的二维图纸和三维数模结合方式,但由于三维数模与二维图纸转化的中间环节,工作中难免出现错误.     

自动化技术在飞机活动翼面结构方案论证中的应用

为了探讨飞机活动翼面结构布局方法 ,并提供一种基于现代集成设计技术的、具有良好操作性的、用于结构方案论证时的新方法 ,本文采用模块化策略和几种手段相结合的思想作为技术途径 ,具体表现为将CAD、CAE和结构拓扑优化组合使用 ,以UG作为CAD几何造型平台 ,以ANSYS作为CAE建模平台 ,利用作者提出的敏度阀值概念和约束补偿措施构造出一种拓扑优化新算法。以实际飞机型号作为算例 ,优化结果与真实的结构布局形式相比较 ,能够指出传统设计的不足之处 ,这既验证了本文建立的物理模型的合理性 ,又考核了该优化算法的有效性 ,同时 ,也说明了本文提出的“结构布局方法”具有一定的实用性。最后 ,从该方法的良好操作性可以预示出它对未来飞机活动翼面结构设计 ,会具有指导性     

一种参数化轻量化涡轮盘结构的CAD/CAE集成方法

针对一种轻量化涡轮盘结构的特点,分析了参数化CAD/CAE集成过程的文件与输入参数的关联性.编写C/C++程序,利用UG/OPEN API实现参数化建模,通过修改脚本并基于单向流固耦合算法有序调用CAE软件执行脚本的方式实现关联文件与输入参数关联,从而实现参数化涡轮盘CAD/CAE过程自动集成.程序运行效果显示,相比人工执行同样的一次CAD/CAE流程,该方法至少要快54min,说明了该方法有效提高了轻量化涡轮盘的设计分析效率.      

基于仿真的机械产品设计系统

分析了现有CAD/CAE方法与产品设计的需求差异,指出:首先,性能分析与设计是机械产品设计的核心;其次,集成了CAD/CAE技术的产品设计应该是以CAE为中心的设计过程。提出了基于仿真的产品设计方法,构造了一种面向性能的产品设计系统。     

PDM技术在机械可靠性设计分析中的应用研究

多领域工具集成是复杂产品虚拟样机设计仿真需要解决的技术问题之一.提出了一个面向服务集成、具有良好开放性、基于标准的、即插即用的机械可靠性设计分析多领域工具集成平台,以及基于产品数据管理(PDM)技术的机械可靠性设计分析虚拟样机体系结构.讨论了如何面向模型数据管理实现设计和协同分析过程中CAD/CAE工具与PDM的综合集成.最后,以某空间结构锁系可靠性设计分析为例,简要介绍了基于CAD/CAE工具的机械可靠性一体化设计、分析方案,以及如何采用应用封装技术实现基于PDM的机械产品可靠性协同建模和分析.     

全复合材料主承力梁结构研制与分析验证

根据结构特点和受力特性,研制了一种全复合材料主承力梁结构。给出了主梁的铺层设计,详述了其成形工艺。基于MSC.Patran/Nastran建立了主梁有限元分析模型,采用线性求解器对多级载荷作用下的主梁进行了静强度分析,给出了结构应变与位移结果。同时设计了强度试验方案,对主梁结构进行了静强度试验验证,采集了应变与位移信息,确定了结构的响应。结果表明,全复合材料主承力梁结构满足强度设计要求,为复合材料应用于主承力结构提供了依据。     

YIDOYU及其在飞机设计中的应用

 本文介绍了飞机结构多约束优化设计系统(YIDOYU)的主要功能、特点和程序组织概貌,并着重介绍了系统的应用情况。实例应用结果表明YIDOYU是一个实用的优化设计系统,显示了其解决不同结构优化设计问题的能力和效率。     

大展弦比飞机翼身结构不同刚度对结构响应的影响

为了研究大展弦比双机身布局无人机翼身结构不同刚度对结构响应的影响,本文采用有限元分析与满应力优化相结合来探讨这一问题。计算结果表明:机翼与机身之间不同刚度对结构响应存在影响。建议结构设计时注意这一现象并加以利用,从而得到轻量化的结构设计。针对算例进一步计算与分析表明:采用本文方法得到的结构优化方案,同样也能够满足该飞机的静、动气弹要求。结论:采用本文方法,不仅可以研究飞机部件之间不同刚度对飞机结构响应的影响,还可以进行全机的结构方案设计,并对此方案进行刚度、强度、颤振和控制面效率的分析与评估。     

多学科优化技术在空间结构锁可靠性设计分析中的应用

 多领域协同建模仿真是复杂产品虚拟样机设计分析需要解决的关键技术问题之一。利用CAD/CAE工具搭建的空间结构锁多柔体虚拟样机模型,综合考虑了强度、动力学、空间环境影响等因素,在协同设计分析和协同建模仿真的基础上,开展了基于可靠性的多学科协同设计分析。并深入讨论了协同建模仿真实现中的数据综合、过程综合等关键技术。通过多学科协同设计分析和建模仿真,找到了空间结构锁的可靠性薄弱环节,并结合多学科优化技术,实现了空间对接锁基于可靠性的设计优化,进一步提出了通用的复杂机电系统基于可靠性的多学科设计优化方案,并开发了能协同三维建模工具（如PROE）,有限元分析工具（如MSCPATRAN,NASTRAN,ANSYS）和动力学分析工具（如MSCADAMS）进行复杂机电系统可靠性分析的通用工具平台ARAMS。     

大展弦比机翼总体刚度的气动弹性优化设计

针对大展弦比机翼总体刚度设计问题,提出了梁架模型气动弹性优化和三维优化模型折算两种设计方法,并以大展弦比机翼为例对两种方法的合理性进行了验证.前者基于机翼梁架式模型,利用气动弹性优化方法对其主梁刚度进行设计,其特点是建模简单、计算效率较高,可以在设计信息较少的概念和初步设计阶段使用,但由于约束条件考虑较少,设计结果相对...