ANSYS在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用解析

飛機(jī)一般由機(jī)翼、機(jī)身、起落架和飛機(jī)操作系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，用以往的經(jīng)典工程分析進(jìn)行應(yīng)力分析已滿足不了現(xiàn)代飛機(jī)型號(hào)設(shè)計(jì)的要求，花費(fèi)的時(shí)間長，分析的部位具有局限性。隨著大型計(jì)算機(jī)及工作站的出現(xiàn)和大量工程應(yīng)用軟件的投入使用，使得復(fù)雜的工程問題得以用有限元法進(jìn)行分析。從而使航空結(jié)構(gòu)分析走上CAE的道路。使用有限元對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析具有極大的優(yōu)越性。
　　ANSYS程序是一個(gè)功能強(qiáng)大靈活的設(shè)計(jì)分析及優(yōu)化軟件包，它可以對(duì)飛機(jī)的各大部件如機(jī)身、機(jī)翼、舵面、發(fā)動(dòng)機(jī)短艙、氣密艙、起落架等進(jìn)行常規(guī)的結(jié)構(gòu)分析、熱分析、空氣動(dòng)力分析、電磁分析，而且其強(qiáng)大的多物理場耦合功能可進(jìn)行諸如流體－固體耦合、熱－結(jié)構(gòu)c、磁－結(jié)構(gòu)耦合以及電－磁－流體－熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，完全能滿足飛機(jī)設(shè)計(jì)中對(duì)有限元分析的需求。
　　
　　圖3-1圖3-2圖3-3
　　位于紐約州的奧歐拉市的穆格公司，設(shè)計(jì)軍用飛機(jī)在高振動(dòng)條件下工作的馬達(dá)控制器，該控制器由鑄鋁室和若干電子模塊組成，裝有PCB板，冷卻風(fēng)扇及其它結(jié)構(gòu)。為了在實(shí)驗(yàn)前揭露潛在的設(shè)計(jì)問題，以避免鑒定階段的重復(fù)設(shè)計(jì)，采用ANSYS進(jìn)行了隨機(jī)振動(dòng)分析、電子冷卻分析及疲勞失效分析。穆格公司的工程師杰拉德。米耶爾茲說：“我們發(fā)現(xiàn)ANSYS是一個(gè)極有價(jià)值的工具，它能夠在硬件尚未真正制造出來之前，識(shí)別潛在的許多問題，我們很高興在幾何與載荷都如此復(fù)雜的水準(zhǔn)上進(jìn)行這個(gè)工作?！眻D3-1為控制器，圖3-2為變形，圖3-3為應(yīng)力。
　　1.總體
　　在飛機(jī)總體設(shè)計(jì)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(jī)的撞擊
　　總體氣動(dòng)性能
　　飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的氣動(dòng)匹配
　　軍用飛機(jī)的雷達(dá)反射特性以及紅外輻射特性
　　
　　圖3-4瑞士Pilatus飛機(jī)公司對(duì)PC—12飛機(jī)用ANSYS進(jìn)行了動(dòng)力響應(yīng)分析
　　ANSYS強(qiáng)大的動(dòng)力響應(yīng)分析功能可以快速地進(jìn)行模態(tài)和振型計(jì)算。ANSYS可考慮許多因素對(duì)模態(tài)和振型的影響，可以準(zhǔn)確地計(jì)算出飛機(jī)在各種條件下的模態(tài)和振型。
　　借助于多層殼及實(shí)體單元（ANSYS共有九十九層的復(fù)合材料殼單元和實(shí)體單元）能建立復(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，層厚和材料方向允許變化。ANSYS提供的失效準(zhǔn)則有最大應(yīng)變失效準(zhǔn)則、最大應(yīng)力失效準(zhǔn)則和Tsai—Wu失效準(zhǔn)則，用戶也可以通過用戶子程序來定義自己的失效準(zhǔn)則。ANSYS的復(fù)合材料功能特別適合于有大量復(fù)合材料的飛機(jī)系統(tǒng)。
　　通常，飛機(jī)機(jī)身有大量的聯(lián)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，ANSYS/LS-DYNA為機(jī)身在振動(dòng)、沖擊等作用下的動(dòng)力相應(yīng)分析提供了有效的手段。一方面軟件自身提供了鉚接、焊接（焊縫、電焊）、粘結(jié)等各種功能；另一方面顯示求解方法在振動(dòng)等瞬態(tài)分析中容易處理聯(lián)接、接觸等因素。
　　解決動(dòng)態(tài)撞擊問題也是ANSYS的優(yōu)勢(shì)所在，通過ANSYS的分析計(jì)算可以得到真實(shí)的飛鳥和飛機(jī)的撞擊效果和合理的耐撞結(jié)構(gòu)，但要想通過實(shí)驗(yàn)來獲得這樣的效果是不現(xiàn)實(shí)的，不僅耗費(fèi)無法承受的財(cái)力，而且設(shè)計(jì)周期也會(huì)很長。