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对CAE自主创新发展的回顾与思考

2006/11/13    来源:e-works    作者:岳中第      
关键字:CAE  航空  自主创新  发展  回顾  思考  
回顾了所经历的航空CAE的发展历史与成果,对当前CAE发展趋势进行了剖析,并对未来的发展提出了若干思考。

    作者回顾了所经历的航空CAE的发展历史与成果,对当前CAE发展趋势进行了剖析,并对未来的发展提出了若干思考。

    一  对航空CAE自主创新发展的回顾

    随着计算机的问世以及我国四个现代化事业的全面开展,特别是涉及到国家命脉与民族脊梁的若干重大工程的实施,我国CAE(Computer Aided Engineering)始终聚集着大量的民族科技精英。他们在各个领域自主创新,艰苦攻关,其业绩惊天动地,共和国今天的辉煌汇集着他们的光和热。

    我自清华毕业后进入航空CAE领域,已经历40年长途。当60年代中期,刚进入我国唯一的飞机结构强度研究所,那正是手摇计算机的黄金时代。翻开飞机结构强度专业史[1]就可以看到,真正意义的航空CAE开始于70年代初期。1971年,航空科学技术研究院组建了飞机结构"中央翼区强度"课题组。首先,以**飞机的试验模型为研究对象:用盒段模型,研究机翼结构分析方法;用薄壁组合十字架结构,探索飞机的整机结构分析方法。紧接着,该课题组又以新上马的干线飞机"运10飞机翼-身对接区应力分析"为工程应用目标,探索大型飞机的整体分析技术。我们在655计算机上采用有限元分析方法及子结构分析技术,成功地实现了运十飞机中外翼、中央翼、中机身以及翼身对接区组合结构的应力分析。这期间,虽然不得不长期离乡背井,艰苦之状难以言表,但运10飞机在结构设计、整机试验与试飞等环节都非常成功,这里明显也有结构强度计算的一份辛劳。

    基于有限元分析方法在航空结构分析领域的初步应用,从70年代中期到80年代末的这15年间,在航空部与国防科工委的正确领导下,部里先后组织并研制了一系列重大的航空结构设计分析软件系统,填补了我国这个领域的多项空白,并成功地应用到我国在研的多种新飞机型号,获得了科学技术上的重大进步与成就。在此,仅简单地罗列于下:

    1976~1979年,研制成功航空结构分析系统HAJIF-I。这是我国航空领域第一个大型结构分析系统。系统采用多级子结构分析方法与大型稀疏矩阵的多级超元矩阵存贮处理技术,通用性强,能够分析大、中、小各种类型飞机的复杂结构在气动载荷、集中载荷、和惯性载荷作用下的变形与应力。该系统通过鉴定后,先后在两年内就成功应用在四种在研的飞机型号上,实现了飞机部件与整机结构的变形与应力分析。从性能上看,求解大型复杂结构的规模、效率、精度,都能与国外同类软件相比较。该系统获航空部一等奖,国防科工委一等奖,国家科技进步二等奖。

    1980~1981年,研制成功航空结构动力分析系统HAJIF-II。这是航空领域第一个大型结构动力分析系统。系统采用同时迭代法及多级子结构动力综合技术,具有结构固有振动特性计算、考虑主动控制系统的颤振计算和部分突风响应计算等功能,与美国1977年公布的NASTRAN版本的动力部分大体相当。该系统先后在五种在研的飞机型号上应用获得成功。该系统获航空部二等奖,并与HAJIF_I合并,获国家科技进步二等奖。

    1979~1982年,研制成功飞机结构多约束优化设计系统YIDOYU。在60年代,黄玉珊教授就提出了"小展弦比机翼薄壁结构的直接设计法"和"力法-应力设计法";在70年代初期,钱令希教授提出了"结构力学中的最优化设计理论与方法的近代发展"。这些理论和方法都为飞机结构最佳设计指明了方向。YIDOYU系统的应用对象是带操作面的翼面结构,考虑机身上的弹性支持和刚性外挂,其约束为静强度、位移、静气动弹性要求及一个给定情况下的颤振速度及结构最小尺寸。该系统可以用于新机研制的方案论证和飞机翼面结构打样设计。这是航空领域第一个飞机结构优化设计系统,相当于国外70年代中期的水平。该系统获航空部一等奖,并获国家科技进步二等奖。

    1982~1985年,研制成功航空结构非线性分析系统HAJIF-III。这是继HAJIF_I、II后自行研制的第一个大型通用的结构非线性分析系统,主要为解决航空部门提出的日益增多的非线性结构分析问题。它采用了大型线性与非线性方程组的多种有效算法、特征值问题的多种解法与子结构分析技术,可以解决航空、航天及其他工程结构的静力线性分析、热应力分析、弹塑性分析、稳定性分析、大位移或大变形及大位移情况下的弹塑性分析,也可用于新方法、新元素、新材料模式等方面的科学研究。该系统填补了我国大型通用的结构非线性分析系统的空白,相当于国外80年代初期同类系统的先进水平。该系统获航空部一等奖,国家科技进步一等奖。

    1986~1995年,航空部组织全行业CAD\CAE\CAM\PDM方面的精兵强将,开发了一个初具规模且交互实用的飞机计算机辅助设计、辅助分析、辅助制造集成系统-CIEM系统工程。该系统集成飞机设计各主要专业、主要研制阶段的应用程序,包括飞机数控加工程序,为飞机研制提供一个强有力的工具。CIEM系统工程首先实现了在飞机设计领域中集成总体、气动力、结构强度、气动弹性、辅助制造几个专业的应用程序。该系统工程获航空部一等奖,并获国家科技进步二等奖。

   

责任编辑:龙婷婷
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