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无限元阐发体例在无人机布局设想中的操纵

减少字体  减少字体 宣布日期:2019-05-18  来历:仿真手艺操纵同盟  阅读次数:697
焦点提醒:在财产4.0的大背景下,智能制作时期已悄悄到临。为进步效力,下降本钱,在产物设想之初就可以或许对产物的手艺机能有较为切确的展望,
     在财产4.0的大背景下,智能制作时期已悄悄到临。为进步效力,下降本钱,在产物设想之初就可以或许对产物的手艺机能有较为切确的展望,无限元法 (Finite Element Method, FEM) 在智能制作时期表演的脚色愈来愈遭到人们的正视。
    今朝,无限元阐发法已从处理产物设想出产进程中的单一题目的东西,逐步成长成为从产物观点设想起头,到产物具体设想、产物出产进程设想、产物运转进程监控仿真的产物全性命周期仿真优化设想平台。
    无限元法鼓起于20世纪50年月末,是一种为求解偏微分方程边值题目类似解的数值手艺,最后首要用来求解飞机布局的静力及能源特征。随后操纵规模很快扩大到热力学、电磁学、流体力学等,持续性物理题目。
    无限元阐发法的求解思惟便是将庞杂题目地区停止团圆化朋分,朋分成很多子地区,对每一个子地区停止求解,取得类似解,再经由进程变分使得偏差函数达最小值,此时便取得了全部题目地区的类似解。
某导弹舱段的简化模子及团圆化无限元网格模子
 
    无限元的求解思惟与我国现代数学家刘徽经由进程“割圆术”求解圆周率的思惟有殊途同归之妙,将圆朋分的份数越多,圆内接多边形的面积越靠近圆的面积。
割圆术表示图
 
    现实工程题目大多都非常庞杂且难以取得切确解,而无限元手艺不只计较精度高,还能求解各类庞杂外形和差别物理场,是以很快成为一种处理现实工程题目的行之有用的体例。
    现在跟着计较机手艺及计较数学的成长,各类商用无限元计较软件层见叠出,商用无限元计较软件的操纵也愈来愈人道化。今朝较为经常利用的无限元阐发软件有ANSYS、Abaqus、Patran/Nastran,这几款软件根基功效大多不异,但又各有长处。
ANSYS
    ANSYS以压力容器计较诞生,在收买了一系列流体、电磁等范畴专业软件后,今朝操纵范畴包含布局力学、流体力学、电路学、电磁学、热力学、声学、化学化工反映等,在多物理场耦合方面具备较大上风。
ANSYS 多物理场耦合阐发

ABAQUS
    ABAQUS以求解非线性题目见长,操纵范畴包含布局力学、非线机能源学、陆地工程布局阐发、水下打击阐发、柔体多体能源学、热传导等。
ABAQUS 打击阐发

Patran/Nastran
    Patran/Nastran诞生自NASA,是一款大型通用布局无限元阐发软件,首要操纵于航空航天范畴,在线性无限元阐发和能源学计较方面具备上风,另外求解器求解效力要高于ANSYS。
Nastran 飞机策念头叶片显式非线性阐发
    在无人机布局设想中,从计划设想到布局细节设想,从静力学阐发到布局能源学阐发,从布局工艺设想到委靡寿命展望,无限元法已渗入到无人机布局设想的各个关头,首要可总结为以下几点
1、全体计划设想阶段
    在无人机全体计划设想早期,须要疾速的计较考证和频频迭代改良,终究肯定知足设想请求的全体布局计划,而此时操纵无限元法对简化的全体布局模子停止计较考证,可以或许或许很快的取得计较成果,考证计划可行性。
 
2、细节布局设想阶段
    操纵无限元法,对无人机布局停止静力学布局静力学计较、模态阐发、动呼应阐发、布局热变形及热应力阐发等,布局设想职员可以或许或许疾速得悉所设想无人机细节布局的可行性并停止迭代优化设想。
3、布局工艺成型设想阶段
    此阶段可以或许经由进程现成的工艺设想无限元软件对无人机布局工艺计划停止设想,特别对机身有复合资料布局件的无人机,复合资料部件工艺计划设想的黑白将间接影响无人机的全体机能。
    以复合资料布局件成形工艺中的树脂通报模塑 (RTM) 成型工艺为例,大型布局件一体成型时,事前对树脂充型进程停止无限元摹拟,可以或许或许指点工艺设想职员公道的支配安排树脂导流管及树脂收支口以防止干斑的呈现。
复合资料船体布局RTM成型工艺仿真

4、前期力学尝试阶段
    因为无人机上搭载着多种传感器与电子装备,无人机布局设想实现后,须要停止零件力学尝试以考证零件布局,此时对零件停止无限元阐发,可以或许或许展望无人机上各装备的力学情况,取得零件及装备在差别频次下的振动呼应趋向,这些信息对零件力学尝试具备主要的参考代价。
5、无人机利用保护阶段
    关头部位零部件委靡寿命预估及利用进程中部分破坏布局的毁伤阐发,可以或许或许使无人机保护职员提早发明潜伏风险并实时采用办法,最大限制下降无人机因为委靡及布局毁伤形成的经济丧失。

 
关头词: 玻璃纤维 复合资料
 
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