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航空数字化技术的新发展——工艺仿真系统

2014/5/29    来源:万方数据    专家:宁振波  王立书  邓虎      
关键字:航空工艺仿真  航空数字化技术  
长期以来,航空企业对于工艺的改进主要依靠经验和试验,一直缺乏一套专业的、有效的方法和手段。模拟是控制设计、制造过程并预测产品早期服役可能出现问题的最好解决方法。当前,有限元理论已十分成熟,相应的商业模拟软件也逐步趋于成熟,并在各行各业逐步发挥其巨大的作用。

航空工艺CAE现状

    笔者对航空工艺仿真系统情况进行了解,总结出了目前航空工艺仿真的应用现状。

    1.复合材料工艺

    复合材料的工艺主要分为两大类:RTM工艺和热压罐工艺。RTM工艺目前大多数应用的是PAM-RTM软件,该软件主要针对RTM工艺过程进行仿真,主要用来优化注浇口位置和浇注速度以及预测干点等缺陷。对热压罐工艺,目前还没有看到成熟的CAE模拟软件。FSI有个预研软件AUTO-CLAVE,可以对热压罐的流场,温度场和同化过程进行仿真分析,另外有些单位也基于通用软件进行了一些开发工作,但这些软件相对都不是很成熟。关于复合材料的成型,现在主要在用的是PAM-FORM软件,主要是针对复合材料的成型过程进行仿真,预测复合材料纤维的重新取向、起皱、断裂等缺陷,优化重击速度和压力。

    值得一提的是航空材料研究所和ESI合作开发了一套复合材料数据库系统,可以对复合材料的各种信息,包括材料性能、材料工艺信息、数据来源、试验标准、材料标准和规范等进行管理。这为复合材料的工艺仿真过程奠定了基础。

    由于复合材料的特殊性,谈复合材料的工艺就不得不谈一下复合材料的设计,目前复合材料的主流设计软件有FiberSIM、SYSPLY、NASTRAN等。

    2.冷加工工艺

    航空冷加工工艺过程主要包括钣金成形工艺和机加工艺。

    钣金成形工艺过程的模拟软件目前主要应用的是PAM-Stamp软件,另外还有ABAQUS、Dynaform等。这些软件主要用来预测钣金成形过程中的起皱、破裂等缺陷,优化钣金成形过程的工艺参数。目前航空钣金的九大工艺过程包括:橡皮囊成形,蒙皮拉伸、超塑成形、型材拉弯、热成形、弯管成形、导管内高压成形、旋压成形和喷丸成形,前8个工艺基本都可以进行仿真模拟,对于喷丸成形,目前还未见有相关专业的仿真软件进行模拟仿真。据了解,PAM-Stamp之所以成为主流软件主要是由于它对反弹的模拟比较准确,如果真的能用仿真来减少目前钣金的校形工作量,那么该意义不可小视。针对钣金工艺过程的模其问题,DIAMAKER for CATIA与PAM-stamp反弹功能连在一起,为模具的设计和修改提供了一套有效的解决方案。

    关于机加工艺过程的模拟仿真,据了解目前都不是很成熟,主要都是基于通用有限元进行二次开发来进行。

    3.热加工工艺

    航空热加工工艺主要分为铸造、锻造、焊接和热处理。

    目前航空器上的主要铸造部件是发动机叶片,尤其是单晶叶片的铸造是发动机的棱心技术。但是众所周知,我国的发动机单品叶片的工艺成品率极低。据有关报道,国外罗-罗公司采用Procast进行单晶叶片的模拟铸造,其工艺成品率在80%以上。虽然我国航空工业的有些单位也相应安装了P*cast,但是目前主要应用在一些大型精铸零件上。针对单晶叶片的模拟仿真主要是航空材料研究所在进行,其他单位也有所开展。另外也有一些其他的铸造软件产品,国产软件如华铸CAE、北方恒利等。

    锻件在航空领域发挥着核心作用,飞机发动机的涡轮盘、后轴颈(空心轴)、叶片、机翼的翼梁、机身的肋筋板、轮支架、起落架的内外简体等都是涉及飞机安全的重要锻件。目前锻造模拟的软件主要是DEFORM,另外还有Forge、Suerforge等。

    对焊接模拟仿真,目前在航空单位应用最多是SYSWELD软件,主要用来解决焊接过程的变形和应力问题,但总体来说焊接仿真剐刚起步。

    热处理仿真在航空单位也是刚剐开始,有些单位开始应用SYSWELD软件来进行热处理过程的模拟仿真,主要是针对热处理工艺进行模拟,预测应力、变形和硬度。

    总体而言,航空工艺仿真系统相对国外差距较大,目前刚开始发展。

实现产品全生命周期(PLM)流程管理

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责任编辑:程玥
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