CATIA V5和AFC(非线性有限元分析)在新型波音飞机上的应用 - 文章

CATIA V5和AFC(非线性有限元分析)在新型波音飞机上的应用

作者：John Vandeventer

1 引言

先进的设计和制造技术为产品性能的改善提供了可能。其中，新材料和产品生命周期管理（PLM）是两大关键因素。复合材料在波音B787型飞机（图1）上的大量应用，从而产生了新的技术挑战：

材料潜在新性能的开发和新型测试技术的实施和新型分析技术的应用。

Dassault Systemes的产品生命周期管理工具：CATIA，ENOVIA和DELMIA等，在波音公司787的开发过程中，得到了全面的应用，从而实现了设计、分析、制造的紧密继承和数据共享。在全相关性的基础上，利用CATIA V5实现了强大的产品工程。CATIA V5提供了一个完善的分析和设计集成平台。该平台上还可运行高级分析软件。CATIA V5系统本身提供了线性有限元分析的工具，而AFC（ABAQUS For CATIA）则扩展了CATIA的有限元分析）。AFC可运行在V5线性分析模块之上，且实现了与V5环境的无缝集成。

2 分析案例

从简单的单一零件，到复杂的机身装配体结构，都属于分析模型的范围（图2和图3）。以下介绍三类有限元分析的案例。

2.1 单一零件案例：门掣的极限载荷分析

门掣（图4）的实体网格可由CATIA V5自带的网格生成器来自动生成，该网格生成器内植于GPS（创成式零件结构分析）工具中，具有稳健强力等特点。非线性分析的条件可以通过AFC进行定义，由ABAQUS来实现。

2.2 机械装配体分析案例：起落架装配体

和上节相同，起落架装配体的网格划分同样可由内植于GPS工具的网格生成器自动完成，零件件的配合关系可通过V5自带的GAS（创成式装配结构分析）工具定义。非线性分析的条件可由AFC定义，用ABAQUS来实现（图7）。

2.3 机械装配体分析实例：机身源面装配体

机身装配体（图8）的网格划分可通过V5自带的网格生成工具FMS（FEM曲面）完成。生成整个装配体的网格（图9）只需要大约1小时左右。蒙皮与筋板/框架之间的固定连接，采用协调网格的方式来进行结合，利用FMS工具可以一次性地创建（图10）。

利用AFC叠层（layup）工具和壳属性添加工具给复合材料添加各种属性。载荷和边界条件可以直接在集合模型上定义，这种全相关性使形成快速的设计-分析闭环成为可能。

非线性有限元分析可以通过ABAQUS软件完成，图12表示的是机身源面的过屈变形图。

3 结论

利用CATIA V5分析工具和AFC可以切实有效地进行B787结构分析。以下是一个简单的比较：

·前处理时间：使用CATIA V5之前，以天计算；使用CATIA V5后，以小时计算。
·使用全相关性功能之后的交互运算可在数分钟内完成。
·节约时间的重要性。
·多次的设计方案的分析均可以在预定的时间内完成。
·一般来讲，设计-分析的迭代次数越多，则结果越精确，设计就越优秀。
·对于波音来说，需要多次设计-分析。
·目前的限制因素，已不再是创建网格的时间，而是CPU的速度和性能。

作者简介：John Vandeventer (约翰范达文特）在波音已工作超过17年。参与了波音777-200，777-300，777-300ER，767-400ER和787等项目。具体工作集中在使用CATIA V3、CATIA V4和CATIA V5来ABAQUS、NASTRAN、ELFINI及ANSYS的模型，进行起落架和协调的有限元分析。(end)

(投稿) (2007-6-15，阅读2727次)

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