Altair航空行业应用解决方案
2019-06-04

CAE技术的发展起源于航空工业的工程需求,反过来又对航空工作的发展起到巨大的推动作用。现代CAE技术已经非常成熟,结构有限元分析、多体动力学仿真、计算流体力学、热力学分析、结构与多学科优化等技术在航空行业得到了广泛的应用,取得了大量的工程成果,大大缩短产品了产品开发周期、降低开发成本,并帮助进行产品的创新设计。今天,基于成熟的商用软件,线性和非线性强度分析、模态振动噪音分析、疲劳寿命计算、气动分析和热分析等已成为飞机研发设计中的标准分析项目之一。可以说,没有现代CAE技术,就没有现代的飞机设计。


近年来,以A380, B787,A350为代表的新一代飞机及航天飞机和载人飞船,对飞机研发周期、结构性能以及燃油经济性的要求越来越高,对现代飞机设计技术提出了新的要求和挑战:


1, 减重——为减轻每一克重量而努力。需要有新的CAE技术,而不仅仅依靠工程师的经验来进行优化减重设计。该技术能清晰给出在给定设计空间内的最佳材料分布和零部件尺寸、形状和位置,从而工程师有足够的设计提示信息和依据对飞机进行最轻量化设计。

2, 复合材料——性能优于传统的金属材料。需要有新的复合材料CAE建模、仿真和优化技术,确保复合材料零部件的安全性和可靠性。复合材料的强度、刚度、破坏、疲劳特性可以得到准确的仿真;层合板复合材料的铺层数量、铺层形状、铺层角度、铺层次序可以最优化。

3, 减少设计风险——设计后期的技术风险是灾难性的。需要新的CAE技术帮忙在设计的最初阶段就能考虑产品性能,使设计具有良好的基因,设计后期不出技术风险。CAE技术将不仅仅作为一种对已设计产品进行虚拟校核的工具,而是作为一种在概念设计阶段就可以给出最佳设计思路的工具。

4, 降低CAE技术门槛——设计工程师具有基本的分析和优化能力。需要新的集成于工业标准CAD平台的(如Catia、ProE、UG等)的仿真优化工具,帮助设计工程师对零件进行基本的分析和优化,在第一时间对所设计的零件性能有一定的了解并及时进行改进。

5, 尽快投放市场——设计周期必须缩短。需要新的高效率的CAE建模和可视化技术,在提高工作质量的前提下把前后处理的时间大大降低下来。CAE工程师可以把主要精力放在对产品本身性能的研究和改进上,而不是大量的重复性的建模及后处理上。

6, 注重安全性——考虑各种特殊情况。需要新的技术对鸟撞、坠撞、水上迫降等工况进行仿真,研究如何提高危险情况下飞机的安全性,特别是复合材料部件的安全性。

7, 综合性能最优——系统研究与优化技术。需要新的多学科技术,同时考虑各种性能及其最优化,做到各子系统最优,总体系统也最优。


Altair Engineering, Inc. 是世界领先的工程设计技术开发者,同时,也是一家具有全球深厚工程技术底蕴的优秀CAE工程咨询公司。Altair公司在CAE建模、有限元分析、可视化、结构优化和流程自动化等领域的软件产品始终站在技术的最前沿,为全球客户提供最先进的产品工程解决方案,引领工程技术的世界潮流。Altair公司享有盛誉的HyperWorks软件包含HyperMesh,OptiStruct,Radioss,MotionView,HyperStudy等著名模块,是全球领先的企业级产品创新解决方案,目前全球大客户超过4000家,分布于汽车、航空、机械、电子、船舶、国防等各个行业。


近十年来,Altair公司致力于应对航空 工业的最新发展趋势和挑战,以其创新平台技术HyperWorks软件系列帮助波音、空客、洛克西德马丁等公司设计新一代的飞机,取得了大量前所未有的工程成果。HyperWorks既可以作为现代飞机创新设计技术平台,也可以作为对传统CAE技术在高效、创新和优化方面的技术拓展。特别地,在下列领域具有巨大的技术优势:


ü  飞机结构现代有限元前后处理技术

ü  结构减重和优化技术

ü  复合材料技术

ü  碰撞安全性分析技术

ü  多学科优化技术DMO

ü  仿真流程自动化

ü  试验数据及仿真数据管理平台


HyperWorks中有众多模块,可以在航空器仿真中结构优化、建模效率、自动分析等各方面起到重要作用。它们综合起来,提供给航空设计一个新一代的仿真优化方法。具体来讲:

1. HyperMesh,是altair公司的拳头产品之一,主要用于有限元前处理,其快速、高质量的网格划分,在各行业受到众多用户欢迎。

a) 在航空器设计仿真中,HyperMesh在整机建模、局部校核模型、振动模型、鸟撞模型等建模方面,相比传统软件可以大大提高效率,并且大量减少人为错误。

b) 在结构优化分析中,利用HyperMesh的用户自定义功能,可以将航空业几十年来积累的工程经验数据及算法集成起来,与有限元计算结合,进行以限元为基础的优化。


2. OptiStruct,是altair公司结构优化软件:

a) OptiStruct拥有拓扑优化、参数优化等功能,可以用于航空器初步设计、详细设计各个阶段。

b) 与altair的RADIOSS求解器无缝集成,因此可以完成普通优化软件无法完成的问题。在普通优化软件可以完成的问题方面,OptiStruct可以利用与求解器的无缝集成,大大提高优化效率。

c) OptiStruct利用与求解器无缝结合的优势,其响应可以是求解器内部数据,用户也可以利用这些内部响应自定义更丰富功能,满足航空器仿真所需。结合HyperMesh的用户自定义功能,利用OptiStruct优化可以自动生成几十万的响应,满足航空器优化变量巨大的要求。


3. HyperStudy,altair公司优化与稳健性设计软件,可以与第三方求解器结合,进行DOE分析,优化设计,多目标优化等,并且可以根据实际情况,进行统计条件下的优化设计。满足了航空器分析需要各种不同求解器的要求。HyperStudy可以利用HyperMath来进行自定义函数,将复杂的航空业各种经验公式嵌入其中。


4. HyperMath,功能强大的数学语言编程型通用开发平台,基于矩阵运算,可进行大型问题计算,允许用户在平台上进行自由扩展,可以将matlab、C等各种语言编写的程序轻松转换为HyperMath的程序,使得用户可以方便的进行具有开创性的建模与算法开发工作,并且这些算法可以作为OptiStruct的用户自定义响应或者HyperStudy的函数,加入到优化中去,使得航空器设计中大量复杂仿真目标可以真正进行优化。


5. MotionSolve,多体动力学求解器,以用来进行运动学仿真。MotionSolve特别之处是可以和OptiStruct结合,由OptiStruct调用,利用运动学得到的载荷进行结构优化。这大大扩展了优化的范围、功能和准确性。


6. RADIOSS,altair的有限元求解器,利用最新的有限元单元算法和材料模型,可以进行高精度的动静力学仿真。在鸟撞、水上/陆地迫降等方面有特别优势。


在以上模块基础上,altair提供流程自动化定制,为客户带来巨大的帮助,主要表现在以下方面:

1)  仿真经验的最优化

仿真部门的高级工程们在仿真的过程中,都会习惯使用一套自己的仿真方法,相互之间缺乏交流和沟通。对于一个企业来说,需要一套标准,那么这套标准应该是最佳的仿真经验。客户化的定制会将所有的经验方法集成起来,得到一个最优的方法,定制下来,作为整个企业的标准。

2)  仿真方法的流程化

客户化定制将企业总结出来的最优方法固化起来,引导用户完成整个流程。按照用户提供的流程方法,在企业CAE平台中应当可建立流程树,流程树中包含所有的仿真任务,每个任务都有专门的任务面板与其对应。无论是经验丰富的老工程师,还是刚参加工作的新人,都可按照流程树的引导顺利的开展仿真工作。

其他好处还包括:

3)  仿真效率的提高,降低人力成本

4)  提高模型的精度;

5)  使新入职的工程师尽快开展工作