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Altair航空行業應用解決方案

CAE技術的發展起源于航空工業的工程需求,反過來又對航空工作的發展起到巨大的推動作用?,F代CAE技術已經非常成熟,結構有限元分析、多體動力學仿真、計算流體力學、熱力學分析、結構與多學科優化等技術在航空行業得到了廣泛的應用,取得了大量的工程成果,大大縮短產品了產品開發周期、降低開發成本,并幫助進行產品的創新設計。今天,基于成熟的商用軟件,線性和非線性強度分析、模態振動噪音分析、疲勞壽命計算、氣動分析和熱分析等已成為飛機研發設計中的標準分析項目之一??梢哉f,沒有現代CAE技術,就沒有現代的飛機設計。


近年來,以A380, B787,A350為代表的新一代飛機及航天飛機和載人飛船,對飛機研發周期、結構性能以及燃油經濟性的要求越來越高,對現代飛機設計技術提出了新的要求和挑戰:


1, 減重——為減輕每一克重量而努力。需要有新的CAE技術,而不僅僅依靠工程師的經驗來進行優化減重設計。該技術能清晰給出在給定設計空間內的最佳材料分布和零部件尺寸、形狀和位置,從而工程師有足夠的設計提示信息和依據對飛機進行最輕量化設計。

2, 復合材料——性能優于傳統的金屬材料。需要有新的復合材料CAE建模、仿真和優化技術,確保復合材料零部件的安全性和可靠性。復合材料的強度、剛度、破壞、疲勞特性可以得到準確的仿真;層合板復合材料的鋪層數量、鋪層形狀、鋪層角度、鋪層次序可以最優化。

3, 減少設計風險——設計后期的技術風險是災難性的。需要新的CAE技術幫忙在設計的最初階段就能考慮產品性能,使設計具有良好的基因,設計后期不出技術風險。CAE技術將不僅僅作為一種對已設計產品進行虛擬校核的工具,而是作為一種在概念設計階段就可以給出最佳設計思路的工具。

4, 降低CAE技術門檻——設計工程師具有基本的分析和優化能力。需要新的集成于工業標準CAD平臺的(如Catia、ProE、UG等)的仿真優化工具,幫助設計工程師對零件進行基本的分析和優化,在第一時間對所設計的零件性能有一定的了解并及時進行改進。

5, 盡快投放市場——設計周期必須縮短。需要新的高效率的CAE建模和可視化技術,在提高工作質量的前提下把前后處理的時間大大降低下來。CAE工程師可以把主要精力放在對產品本身性能的研究和改進上,而不是大量的重復性的建模及后處理上。

6, 注重安全性——考慮各種特殊情況。需要新的技術對鳥撞、墜撞、水上迫降等工況進行仿真,研究如何提高危險情況下飛機的安全性,特別是復合材料部件的安全性。

7, 綜合性能最優——系統研究與優化技術。需要新的多學科技術,同時考慮各種性能及其最優化,做到各子系統最優,總體系統也最優。


Altair Engineering, Inc. 是世界領先的工程設計技術開發者,同時,也是一家具有全球深厚工程技術底蘊的優秀CAE工程咨詢公司。Altair公司在CAE建模、有限元分析、可視化、結構優化和流程自動化等領域的軟件產品始終站在技術的最前沿,為全球客戶提供最先進的產品工程解決方案,引領工程技術的世界潮流。Altair公司享有盛譽的HyperWorks軟件包含HyperMesh,OptiStruct,Radioss,MotionView,HyperStudy等著名模塊,是全球領先的企業級產品創新解決方案,目前全球大客戶超過4000家,分布于汽車、航空、機械、電子、船舶、國防等各個行業。


近十年來,Altair公司致力于應對航空 工業的最新發展趨勢和挑戰,以其創新平臺技術HyperWorks軟件系列幫助波音、空客、洛克西德馬丁等公司設計新一代的飛機,取得了大量前所未有的工程成果。HyperWorks既可以作為現代飛機創新設計技術平臺,也可以作為對傳統CAE技術在高效、創新和優化方面的技術拓展。特別地,在下列領域具有巨大的技術優勢:


ü  飛機結構現代有限元前后處理技術

ü  結構減重和優化技術

ü  復合材料技術

ü  碰撞安全性分析技術

ü  多學科優化技術DMO

ü  仿真流程自動化

ü  試驗數據及仿真數據管理平臺


HyperWorks中有眾多模塊,可以在航空器仿真中結構優化、建模效率、自動分析等各方面起到重要作用。它們綜合起來,提供給航空設計一個新一代的仿真優化方法。具體來講:

1. HyperMesh,是altair公司的拳頭產品之一,主要用于有限元前處理,其快速、高質量的網格劃分,在各行業受到眾多用戶歡迎。

a) 在航空器設計仿真中,HyperMesh在整機建模、局部校核模型、振動模型、鳥撞模型等建模方面,相比傳統軟件可以大大提高效率,并且大量減少人為錯誤。

b) 在結構優化分析中,利用HyperMesh的用戶自定義功能,可以將航空業幾十年來積累的工程經驗數據及算法集成起來,與有限元計算結合,進行以限元為基礎的優化。


2. OptiStruct,是altair公司結構優化軟件:

a) OptiStruct擁有拓撲優化、參數優化等功能,可以用于航空器初步設計、詳細設計各個階段。

b) 與altair的RADIOSS求解器無縫集成,因此可以完成普通優化軟件無法完成的問題。在普通優化軟件可以完成的問題方面,OptiStruct可以利用與求解器的無縫集成,大大提高優化效率。

c) OptiStruct利用與求解器無縫結合的優勢,其響應可以是求解器內部數據,用戶也可以利用這些內部響應自定義更豐富功能,滿足航空器仿真所需。結合HyperMesh的用戶自定義功能,利用OptiStruct優化可以自動生成幾十萬的響應,滿足航空器優化變量巨大的要求。


3. HyperStudy,altair公司優化與穩健性設計軟件,可以與第三方求解器結合,進行DOE分析,優化設計,多目標優化等,并且可以根據實際情況,進行統計條件下的優化設計。滿足了航空器分析需要各種不同求解器的要求。HyperStudy可以利用HyperMath來進行自定義函數,將復雜的航空業各種經驗公式嵌入其中。


4. HyperMath,功能強大的數學語言編程型通用開發平臺,基于矩陣運算,可進行大型問題計算,允許用戶在平臺上進行自由擴展,可以將matlab、C等各種語言編寫的程序輕松轉換為HyperMath的程序,使得用戶可以方便的進行具有開創性的建模與算法開發工作,并且這些算法可以作為OptiStruct的用戶自定義響應或者HyperStudy的函數,加入到優化中去,使得航空器設計中大量復雜仿真目標可以真正進行優化。


5. MotionSolve,多體動力學求解器,以用來進行運動學仿真。MotionSolve特別之處是可以和OptiStruct結合,由OptiStruct調用,利用運動學得到的載荷進行結構優化。這大大擴展了優化的范圍、功能和準確性。


6. RADIOSS,altair的有限元求解器,利用最新的有限元單元算法和材料模型,可以進行高精度的動靜力學仿真。在鳥撞、水上/陸地迫降等方面有特別優勢。


在以上模塊基礎上,altair提供流程自動化定制,為客戶帶來巨大的幫助,主要表現在以下方面:

1)  仿真經驗的最優化

仿真部門的高級工程們在仿真的過程中,都會習慣使用一套自己的仿真方法,相互之間缺乏交流和溝通。對于一個企業來說,需要一套標準,那么這套標準應該是最佳的仿真經驗??蛻艋亩ㄖ茣⑺械慕涷灧椒善饋?,得到一個最優的方法,定制下來,作為整個企業的標準。

2)  仿真方法的流程化

客戶化定制將企業總結出來的最優方法固化起來,引導用戶完成整個流程。按照用戶提供的流程方法,在企業CAE平臺中應當可建立流程樹,流程樹中包含所有的仿真任務,每個任務都有專門的任務面板與其對應。無論是經驗豐富的老工程師,還是剛參加工作的新人,都可按照流程樹的引導順利的開展仿真工作。

其他好處還包括:

3)  仿真效率的提高,降低人力成本

4)  提高模型的精度;

5)  使新入職的工程師盡快開展工作



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