ANSYS在航空航天器電子產(chǎn)品中的應用解析

飛機一般由機翼、機身、起落架和飛機操作系統(tǒng)組成，其結(jié)構(gòu)受力復雜，用以往的經(jīng)典工程分析進行應力分析已滿足不了現(xiàn)代飛機型號設計的要求，花費的時間長，分析的部位具有局限性。隨著大型計算機及工作站的出現(xiàn)和大量工程應用軟件的投入使用，使得復雜的工程問題得以用有限元法進行分析。從而使航空結(jié)構(gòu)分析走上CAE的道路。使用有限元對飛機結(jié)構(gòu)進行分析具有極大的優(yōu)越性。

ANSYS程序是一個功能強大靈活的設計分析及優(yōu)化軟件包，它可以對飛機的各大部件如機身、機翼、舵面、發(fā)動機短艙、氣密艙、起落架等進行常規(guī)的結(jié)構(gòu)分析、熱分析、空氣動力分析、電磁分析，而且其強大的多物理場耦合功能可進行諸如流體－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，完全能滿足飛機設計中對有限元分析的需求。

圖3-1圖3-2圖3-3

位于紐約州的奧歐拉市的穆格公司，設計軍用飛機在高振動條件下工作的馬達控制器，該控制器由鑄鋁室和若干電子模塊組成，裝有PCB板，冷卻風扇及其它結(jié)構(gòu)。為了在實驗前揭露潛在的設計問題，以避免鑒定階段的重復設計，采用ANSYS進行了隨機振動分析、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是一個極有價值的工具，它能夠在硬件尚未真正制造出來之前，識別潛在的許多問題，我們很高興在幾何與載荷都如此復雜的水準上進行這個工作?！眻D3-1為控制器，圖3-2為變形，圖3-3為應力。

1.總體

在飛機總體設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)應力

失穩(wěn)分析

飛鳥和飛機的撞擊

總體氣動性能

飛機、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

圖3-4瑞士Pilatus飛機公司對PC—12飛機用ANSYS進行了動力響應分析

ANSYS強大的動力響應分析功能可以快速地進行模態(tài)和振型計算。ANSYS可考慮許多因素對模態(tài)和振型的影響，可以準確地計算出飛機在各種條件下的模態(tài)和振型。

借助于多層殼及實體單元（ANSYS共有九十九層的復合材料殼單元和實體單元）能建立復合材料模型，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提供的失效準則有最大應變失效準則、最大應力失效準則和Tsai—Wu失效準則，用戶也可以通過用戶子程序來定義自己的失效準則。ANSYS的復合材料功能特別適合于有大量復合材料的飛機系統(tǒng)。

通常，飛機機身有大量的聯(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 為機身在振動、沖擊等作用下的動力相應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等瞬態(tài)分析中容易處理聯(lián)接、接觸等因素。

解決動態(tài)撞擊問題也是ANSYS的優(yōu)勢所在，通過ANSYS的分析計算可以得到真實的飛鳥和飛機的撞擊效果和合理的耐撞結(jié)構(gòu)，但要想通過實驗來獲得這樣的效果是不現(xiàn)實的，不僅耗費無法承受的財力，而且設計周期也會很長。

ANSYS/LS-DYNA不但具有很強的碰撞分析功能，還特有安全帶單元，可良好地模擬飛機墜地事故（圖3-5）中乘員所收到的沖擊以及安全帶的作用。

圖3-5飛機事故模擬

ANSYS能方便地進行失穩(wěn)分析

ANSYS的計算流體力學分析可以分析從低速到高超音速、從穩(wěn)態(tài)到瞬態(tài)的各種氣動力學問題，而且由于采用的是有限元法進行計算，所以對計算的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有任何限制。詳見第六章“ANSYS在航空航天器空氣動力學分析中的應用”及第七章“ANSYS在航空航天器電子產(chǎn)品熱設計中的應用”。

ANSYS具有強大的電磁場分析功能，加上其熱輻射分析能力，可以很方便地計算軍用飛機的雷達和紅外隱身特性，詳見第八章“ANSYS在航空航天器電磁兼容、電磁干擾分析中的應用”。

2.鳥撞