SIMULIA/Abauqs在航空工业中的应用

    1引言

    飞机一般由机翼、机身、起落架和飞机操作系统组成，其结构受力复杂，用以往的经典工程分析进行应力分析已满足不了现代飞机型号设计的要求，花费的时间长，分析的部位具有局限性。随着大型计算机及工作站的出现和大量工程应用软件的投入使用，使得复杂的工程问题得以用有限元法进行分析，从而使航空结构分析走上CAE的道路。使用有限元对飞机结构进行分析具有极大的优越性。

    Abaqus软件是一个功能强大灵活的设计分析及优化软件包，它可以对飞机的各大部件如机身、机翼、舵面、发动机短舱、气密舱、起落架等进行常规的结构分析、热分析、动力分析等，而且其强大的多物理场耦合功能可进行诸如流体－固体耦合、热－结构耦合、气动分析，完全能满足飞机设计中对有限元分析的需求。Abaqus在航空工业中有很多的优势：

    1、强大的研发团队和技术支持队伍以及高质量保证；

    2、在非线性静力/动力、接触、断裂破坏、各种非线性材料包括复合材料、以及各种复杂的组合高度非线性问题的求解方面具有良好的解决方案；

    3、统一的有限元分析

    在Abaqus平台下，部件、子系统、系统及整机的静力分析、振动分析、柔性机构运动分析以及动力学分析过程，无论是线性分析还是线性分析，均在同一个平台下完成。

    4、目前所有大的飞机制造企业如波音、空中客车、洛克希德—马丁、Los Alamos 和Sandia国家实验室等，都是Abaqus软件的重要用户。波音更是将其专利的VCCT（虚拟裂纹闭合技术）嵌入Abaqus软件中，进行断裂问题的求解。

    5、Abaqus软件始终注重航空领域用户和技术的发展，近期很多研发方面的决策都是针对航空领域的，如大规模杆板模型的发展、断裂力学和气动弹性分析和Abaqus对CATIA的嵌入式产品(Abaqus/AFC)等。

    2 软件简介

    Abaqus软件是一套先进的通用有限元程序系统，被广泛地认为是功能最强大的有限元软件，可以分析复杂的固体力学和结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大的问题和模拟非线性的影响。Abaqus有两个主要的分析模块：

    Abaqus/Standard是一个通用分析模块，它能够求解广泛的线性和非线性问题，包括结构的静态、动态、热和电响应等。对于通常同时发生作用的几何、材料和接触非线性采用自动控制技术处理。

    Abaqus/Explicit是显示积分求解器，该模块适合于分析如冲击和爆炸这样短暂、瞬时的动态事件，对高度非线性问题也非常有效，包括模拟加工成形过程中改变接触条件的问题。

    Abaqus软件还包括其他的几个部分：Abaqus的前后处理器Abaqus/CAE，以及与Abaqus/Standard组合的两个特殊用途的分析模块Abaqus/Aqua和Abaqus/Design。

    3 Abaqus在航空工业中的应用

    3.1 飞机总体设计中的应用

    在飞行器总体设计分析中要考虑的问题有：频率和振型，线性和非线性静态和瞬态应力，失稳分析，飞鸟和飞机的撞击，总体气动性能，飞机、发动机的气动匹配，军用飞机的雷达反射特性以及红外辐射特性等。

    Abaqus强大的动力分析功能可以快速地进行模态和振型计算。Abaqus可考虑多种因素对模态和振型的影响，可以准确地计算出飞行器在各种条件下的模态和振型。

    通常,飞机机身有大量的连接,如铆接/焊接/粘结等结构,这些结构的处理是总体分析中极为重要但又难以处理的问题，Abaqus为处理各种连接结构提供了方便的功能，如网格无关的焊接定义和粘接单元等。同时Abaqus/Explicit为机身在振动、冲击等作用下的动力响应分析提供了有效的分析手段。一方面软件自身提供了铆接、焊接、粘结等各种功能；另一方面显示求解方法在振动等瞬态分析中容易处理复杂的接触问题等因素。

    全机静强度分析