采用仿真模拟制造更轻更坚固的飞机.pdf

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1、采用仿真模拟制造更轻更坚固的飞机QuestforLighterandStrongerAircraftWithRealisticSimulationTAM集团AbelPardoJoseCarlosFernandez—o在新型飞机设计中．铝的Ⅱ十代几乎要结束了。各飞机制造市场都日益关注复台材料．以制造更轻、亚坚固和更易维修的飞机。更轻型的飞机意味着增加了飞行范用．同时也意味着燃料成本更低——这个依糨石油的世界的关键岗索．特剐是在民用喷气式飞机的设计方面。渡音787是首架复台材料重量超过全机50％的民用喷气机。2008年开始交付的A38

2、0也增加了复合材料的使用。南于航空材料的应j；}}模式发生变化，在2008年“复合材料世界”会议上预计．在一般航空市场未来3年内对复合材料的需求将增加30％。碳纤维增强聚合物(CFRP)是航空工业最常用的复合材料。碳纤维具有石爨微晶结构和与铁丝网相似的图型．其在树脂基体中以单层、夹层或多层的结构形式增强材料自身的强度。由于强度——重最比和58航々翻逢技术·2010年赫17期在新型飞机设计中，铝的时代几乎要结束了。各飞机制造市场都日益关注复台材料．以制造更轻、更坚固和更易维修的飞机。更轻型的飞机意昧着增加了飞行范围，同样本身也表示燃

3、料成本更低——这个依赖石油的世界的关键因素。特别是在民用喷气式飞机的设计方面。其他材料特性很具吸引力．如高仲强度、高弹性模量、耐热性，低热膨胀性和化学稳定性．CFRP复合材料在高性能的航宇[业和汽车工业应用中需求量很大。它们也广泛应用于帆船、波划舟、白行车，同球拍和高尔夫球杆，以及消费品．如手提电脑和弦乐器的外壳。像所有材料一样，复合材料有自己的一套制造，装配和使用寿命的问题．必须充分了解，以便能满足在关键时刻的可靠性要求．．为了充分了解这些复合材料部件的性能，以及组装和维修方面的问题．Gr．poTAM结构分析t程团队进扦r一系列

4、深人的部件分析．包括机身或发动机风嗣机匣赡型的曲面和加强复合材抖壁板(见四I)。壁板和加强肋采用胶接的单向和艰向碳纤维制造。工程人员把焦点集中于复合材料制造变证和齄板的公差方面．包括材料特性、几何图形公差、厚度和接合处枝准坐标轴，以艘复合材料构件在制造、组装使用时可能发生的分层和连接脱离。分析的目的是确定偏离的影响、缺陷和损伤，井在最初{殳计阶段得到考虑。这样，不合格零件将减到最少．井节约了成本。目1女9380∞**2十mⅧ∞∞#im∞Ⅻi自##￡《AbaqusFEA为复合材料的分析建立了原始资料对于无损伤壁板的分析，GrupoT

5、AM的工程师们选择了达索系统公司楗下SIMULIA的AhaqusFEA用于仿真模拟，主要用于掌握显性的和隐性非线性分析的能力。工程鄹队需要更多的方法进行分析。他们选择Abaqus用于大量生产复合材料．以蒲足客户高质量标准的需求。他们还选择SIMULIA的LsigM．芹}于MonteCarlo和StochasticOeisgnl咖一ent(随机设计改进)部件．抽样和便于与其自身的软件连接。Lsight使】：程团队用Abaqus模型进行比较研究，井使快建设计达到最优化。为了进行无损伤壁板的有限元分析(FEA)，工程团队从航空工业的典型

6、的标称值着手分析所有变量。他们考虑了3种负载情况——2种是在壁板上有均匀的空气动力压力(一个压力指向结构件的内部．另一十指向结构件外部)，第3种情况是壁面轴向的剪切载荷(见图2和周3)。然后工程团队对损坏的零件进钎2次补充分析——一次是在壁板的中间层．另一次是在壁板加强胁底部2处连接脱离的位置。T程团队采用以下单元分析其在CATIAV5中建立的几何模型SIR平面元片『于分析蒙皮和加强肋；C3DSR平面元用下分析腔接层；单层袭层复合材辩用于分层分析：均质固体特性用于分析连接脱离；模型包括大约49500个单元，45400个节点和272

7、600个变量。分析在带有4个Intelx∞r处理器的Windows服务器L进行．服务器的每个处理器是64位、8GBR^M目2"自女∞女#{±)#”∞#自《§’自∞m*【iI∞￡日#辩g*h)Ⅲ^≈∞-．)女e¨HⅨⅢ目3井*自*∞￡☆##t《f随机存取存储器)，t程进行丁多次MonteCarlo模拟．每次都有充分的循环分析，费时30rain．包括杯称的、分层和脱离连接的分析，采用Lsight，所有的FEA分析的结果对来损伤和损坏的部件都提供了用于优化复合材辩设计和制造的原始数据。Lsight藉助优化复合材料性能正如许多材料和结构件

8、一样，当为飞机设计复台材料壁板时．需要考虑大量变量；要确定哪些变量可能改善结构件强度和性能是非常用难的。在这种情况下，随机的方法对于在复合材料分析中处理大量原始敷据是有用的。通过采用交互式图形界面，Lslght把选代解法过程设计成流线型，并把航空特