縱觀過(guò)去1 0 0 年間飛機(jī)的演進(jìn)變革，技術(shù)發(fā)展的步伐清晰可見(jiàn)。在航空航天與國(guó)防行業(yè)發(fā)展的最初階段，飛機(jī)制造主要采用木材與織物。到1919年，首架全金屬飛機(jī)初翔長(zhǎng)空。Junker sJ-13（后來(lái)稱為F-13）不但是首架全金屬飛機(jī)，而且在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的飛躍也使其成為首架實(shí)用性懸臂式單翼機(jī)。

    僅僅在5年之后，Junkers的飛機(jī)供貨量即已占全球運(yùn)輸機(jī)的40%。1933年，另一架創(chuàng)新型飛機(jī)道格拉斯DC-1首次升空。DC系列飛機(jī)（DC-1、-2與-3）大獲成功。以科技推進(jìn)設(shè)計(jì)與成形的方法是此款飛機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素之一。其成形歸功于廣泛的風(fēng)洞測(cè)試，這些測(cè)試降低了機(jī)翼/機(jī)身接縫湍流，同時(shí)增強(qiáng)了襟翼的有效載荷。最近，兩款更具創(chuàng)新性的飛機(jī)設(shè)計(jì)是洛克希德·馬丁公司（Lockheed Martin）的F-117隱形飛機(jī)和波音（Boeing）787產(chǎn)品創(chuàng)新的各個(gè)階段都采用可使這些設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。拜20世紀(jì)70年代后期開(kāi)發(fā)的工程軟件與計(jì)算功能所賜，F(xiàn)-117擁有與眾不同的網(wǎng)格曲面外形。Lockheed Martin公司開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)程序名為Echo，能夠使飛機(jī)實(shí)現(xiàn)隱形。目前，Boeing 787有望成為首架大部分結(jié)構(gòu)采用復(fù)合材料制造的商用飛機(jī)。

    從航空航天與國(guó)防行業(yè)的發(fā)展史可以非常清晰地看到，重大突破（無(wú)論是飛機(jī)、衛(wèi)星、宇航員太空服還是其它成功的新產(chǎn)品）的動(dòng)力來(lái)自于材料、技術(shù)與方法領(lǐng)域的創(chuàng)新。SIMULIA的現(xiàn)實(shí)仿真解決方案使企業(yè)能夠改進(jìn)現(xiàn)有工藝并開(kāi)發(fā)新方法。我們的研發(fā)團(tuán)隊(duì)致力于開(kāi)發(fā)新的分析功能，改進(jìn)高性能計(jì)算，實(shí)現(xiàn)真正的多物理場(chǎng)仿真，同時(shí)還可提供完成多領(lǐng)域優(yōu)化所需的工具。這些功能旨在為行業(yè)特定的工作流程提供支持，而且也是推進(jìn)航空航天與國(guó)防創(chuàng)新的基石。

新趨勢(shì)：仿真事件，而不僅限于載荷工況

    傳統(tǒng)上分析航空航天與國(guó)防結(jié)構(gòu)是為了滿足特定載荷工況。這種載荷工況可能是靜態(tài)載荷、動(dòng)態(tài)載荷或熱載荷。但實(shí)際上，飛行器受到的影響包括“事件”，而不僅僅是“載荷工況”。例如，起落架的載荷工況可能是特定的垂直力和側(cè)向力。可以把它與實(shí)際降落事件對(duì)比，此過(guò)程中需要放下起落架，起落架鎖定到位，起落架需承受空氣動(dòng)力，在降落之前有可能受到鳥(niǎo)類或碎片撞擊，然后在著陸時(shí)會(huì)受到跑道沖擊。為限定代表上述事件的載荷工況已經(jīng)做出了一些假定。公司目前正在減少其所做假定的數(shù)量，以便更精準(zhǔn)地仿真此事件并了解其產(chǎn)品的性能。為了逼真地仿真此事件，相關(guān)計(jì)算機(jī)模型必須整合機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、流體建模、顯式動(dòng)態(tài)沖擊建模、非線性應(yīng)力分析、接觸行為以及損傷模型（甚至可能還包括復(fù)合材料損傷模型）。此外，業(yè)界還希望能夠優(yōu)化這些復(fù)雜的模型。

    Abaqus FEA可提供執(zhí)行完整事件仿真所需要的技術(shù)，這種技術(shù)使企業(yè)能夠大力發(fā)展其方法，從而充分發(fā)揮這些現(xiàn)實(shí)仿真功能的優(yōu)勢(shì)。

大規(guī)模非線性分析

    傳統(tǒng)上非線性分析用于在組件層面了解接合細(xì)節(jié)、故障模式以及復(fù)合材料斷裂問(wèn)題。目前，非線性FEA更多是用于整體航空器結(jié)構(gòu)的大規(guī)模仿真，如：機(jī)翼組件、機(jī)身框體和尾翼2。以前，此類分析只是作為設(shè)計(jì)末期或者更靠后期階段的終極任務(wù)，用于解決與制造或認(rèn)證相關(guān)的難題。不過(guò)，制造商目前正在開(kāi)發(fā)一些分析方法與工藝，能夠早在制造和測(cè)試之前的設(shè)計(jì)階段即可應(yīng)用高級(jí)非線性分析。

    高性能計(jì)算（HPC）是大規(guī)模非線性仿真的關(guān)鍵需求。大型航空航天模型可能有1000~2000萬(wàn)的自由度（DOF）、5000多個(gè)獨(dú)立部件、10000個(gè)緊固件定義以及接觸和粘結(jié)面定義。解決這些大規(guī)模問(wèn)題需要幾十、乃至幾百個(gè)處理器并行工作。SIMULIA開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)能夠充分發(fā)揮當(dāng)今計(jì)算資源優(yōu)勢(shì)的新算法。

全盤掌控

    新方法的開(kāi)發(fā)與實(shí)施帶來(lái)了一種需求，要將這些方法作為標(biāo)準(zhǔn)程序來(lái)獲取和共享。大型模型與多重仿真運(yùn)行任務(wù)也帶來(lái)管理與保護(hù)新建數(shù)據(jù)的需求。SIMULIA開(kāi)發(fā)了新的仿真全生命周期管理（SLM）解決方案。新產(chǎn)品套件可提供在線協(xié)作功能，使分散的團(tuán)隊(duì)能夠輕松共享仿真方法和結(jié)果，從而大大提高對(duì)決策過(guò)程的信心。此外，它還能夠提供在個(gè)人級(jí)、工作組級(jí)和/或企業(yè)級(jí)進(jìn)行仿真數(shù)據(jù)管理的功能。數(shù)據(jù)管理包括流程、模型文件、配置數(shù)據(jù)、需求以及結(jié)果。

客戶是關(guān)鍵

    Kyle Indermuehle說(shuō)：我們新產(chǎn)品功能的開(kāi)發(fā)很大一部分源于客戶要求的增強(qiáng)功能以及與客戶及合作伙伴的直接合作。其中與波音商用飛機(jī)集團(tuán)的合作使我們能夠在Abaqus/Standard中提供虛擬裂紋閉合技術(shù)（VCCT）。SIMULIA還參與了FAA卓越中心研討會(huì)和CMH-17（復(fù)合材料手冊(cè)）工作組。通過(guò)與行業(yè)及客戶開(kāi)展合作，我們不僅能夠充分了解航空航天與國(guó)防行業(yè)的工藝與仿真要求，同時(shí)還能集中開(kāi)發(fā)力量解決實(shí)際工程難題。

作者簡(jiǎn)介：

Kyle Indermuehle現(xiàn)任SIMULIA行業(yè)解決方案經(jīng)理，致力于航空航天與國(guó)防行業(yè)（尤其是復(fù)合材料方面）的研究。在SIMU?LIA任職之前，Kyle曾經(jīng)參與過(guò)各種航空航天項(xiàng)目，包括Pratt & Whitney RL10B-2火箭引擎、無(wú)人飛行器分析與測(cè)試以及衛(wèi)星研究。Kyle分別在普渡大學(xué)（Purdue University）和加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）獲航空航天工程理科學(xué)士學(xué)位和結(jié)構(gòu)工程理科碩士學(xué)位。