Abaqus在航空復(fù)材技術(shù)中的應(yīng)用

寂靜天花板

新型客機的設(shè)計大量引入復(fù)合材料,，以減輕結(jié)構(gòu)的重量,，減少油耗,，提高經(jīng)濟性,。復(fù)合材料的大量應(yīng)用對技術(shù)提出新的挑戰(zhàn),，新材料導(dǎo)致新的挑戰(zhàn)具體包括：材料的可用范圍,，如何進行新的材料測試以及需要新的分析技術(shù),。

借助于多層殼,、實體殼及實體單元可以建立復(fù)雜的復(fù)合材料模型,，這些單元允許疊加各向同性或各向異性材料層，材料方向允許變化,。Abaqus提供的失效準則有最大應(yīng)變失效準則,、最大應(yīng)力失效準則和Tsai-Wu 失效準則等，用戶也可以通過用戶子程序來定義自己的失效準則,，同時可以考慮纖維破裂,、纖維屈曲、基體開裂,、基體壓潰等失效模式,。Abaqus 的復(fù)合材料功能特別適合于大量應(yīng)用復(fù)合材料的新型飛行器。

波音通過Abaqus 將其專利技術(shù)——虛擬裂紋閉合技術(shù) (VCCT) 商業(yè)化,。該技術(shù)可以幫助我們有效地分析復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的斷裂和分層問題,。通過Abaqus 實現(xiàn)VCCT技術(shù)的優(yōu)勢在于：不需要重新進行網(wǎng)格劃分或重新分析；可以防止復(fù)合材料失效后的穿透,；Abaqus/Viewer 直接支持后處理,。

在飛機設(shè)計中，起落裝置的設(shè)計是十分重要的環(huán)節(jié),，為了保證飛機的安全起飛,、著落，要求起落架具有足單元對起落架進行靜力分析,、動力響應(yīng)分析,，飛機著陸過程是典型的沖擊類問題，Abaqus/Standard 是最優(yōu)秀的隱式求解器模塊,，可以求解系統(tǒng)級的非線性結(jié)構(gòu)靜力學(xué)問題,，Abaqus/Explicit 是目前非常好的顯式求解器模塊，可以求解瞬態(tài)動力沖擊仿真程序,，可對著陸過程進行沖擊分析,、機構(gòu)運動分析、失穩(wěn)分析,、損傷容限分析,，從而實現(xiàn)對起落架的優(yōu)化設(shè)計。

起落架在載荷上要承受強沖擊載荷,，在結(jié)構(gòu)上又有高阻尼緩沖元件,，因此起落架的分析是高度非線性分析，Abaqus 的連接器單元（滑動,、摩擦,、阻尼、彈簧組合）可方便地模擬多種阻尼緩沖件的靜、動力特性,，因此在起落架的分析中可以考慮進所有的主要因素,。

Abaqus 可以利用統(tǒng)一的模型進行著陸過程的運動學(xué)、靜力學(xué),、和動力學(xué)分析,，提高了分析效率,，減少了模型修改工作量,。采用先進的算法，更容易處理各種復(fù)雜的非線性問題,�,？梢詫崿F(xiàn)起落架的統(tǒng)一有限元分析解決方案，包括飛行器起落架多體動力學(xué)分析,、飛行器起落架部件級靜力性,、接觸非線性的塑性大變形過程，Abaqus/Standard 和Abaqus /Explicit 的非線性分析功能及顯式分析和隱式分析功能的完美結(jié)合,，可獲得常規(guī)方法難以獲得的金屬成形過程中的溫度場,、應(yīng)力場、應(yīng)變場及回彈量等工藝參數(shù),，為提高工件的加工質(zhì)量,、選取設(shè)備噸級、制定合理的工藝過程提供依據(jù),。

Abaqus /Explicit 可以方便地定義大量的接觸,，含有多種塑性、熱塑性,、超彈性等材料本構(gòu)模型,，具有適應(yīng)性網(wǎng)格等特殊分析功能，可以描述各種金屬及非金屬的大變形,，因而被廣泛應(yīng)用于金屬加工過程的模擬,。

Abaqus /Explicit 采用中心差分格式的時間積分方法，對未知量顯式求解,。由于質(zhì)量矩陣進行對角化處理,，可進一步加快求解速度。一般的沖壓,、鍛壓,、鑄造等問題合理控制有限元規(guī)模，在PC機上運行5 ～20h 能得到理想結(jié)果,，這樣的效率是其他程序難以相比的,。

此外，在飛行器總體設(shè)計分析中要考慮的問題有：頻率和振型、線性和非線性靜態(tài)和瞬態(tài)應(yīng)力,、失穩(wěn)分析,、飛鳥和飛機的撞擊、總體氣動性能,、飛機和發(fā)動機的氣動匹配,，軍用飛機的雷達反射特性以及紅外輻射特性等。

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Abaqus強大的動力分析功能可以快速地進行模態(tài)和振型計算,。Abaqus可考慮多種因素對模態(tài)和振型的影響,，可以準確地計算出飛行器在各種條件下的模態(tài)和振型。

通常,飛機機身有大量的連接,如鉚接/焊接/粘結(jié)等結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)的處理是總體分析中極為重要但又難以處理的問題,，Abaqus為處理各種連接結(jié)構(gòu)提供了方便的功能,，如網(wǎng)格無關(guān)的焊接定義和粘接單元等。同時Abaqus/Explicit為機身在振動,、沖擊等作用下的動力響應(yīng)分析提供了有效的分析手段,。一方面軟件自身提供了鉚接、焊接,、粘結(jié)等各種功能,；另一方面顯示求解方法在振動等瞬態(tài)分析中容易處理復(fù)雜的接觸問題等因素。