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强度所不断创新强度试验技术:虚实结合 创新高效

  • 来源:日林网
  • 2020-07-31 05:39:10

飞机结构静强度虚拟试验场景

中航工业强度所作为我国唯一的飞机强度研究、验证与鉴定中心,主要承担飞机结构地面强度试验等工作。

强度所提出“虚实结合,创新高效打造地面强度试验新模式”的发展思路,即在做好传统物理试验验证的同时,通过虚拟试验的有效辅助,为飞机结构地面强度试验提供全面技术支撑,并已在多个型号试验中进行了有益尝试,取得了良好的效果。

虚实结合 提质增效

虚拟试验是相对于物理试验而言,主要是利用高性能计算机、网络环境、传感器和各种虚拟现实设备,建立模拟真实使用状态的人机交互虚拟环境,在此环境中进行强度虚拟测试。

目前,强度所开展的飞机结构强度虚拟试验主要是以虚拟试验模型为基础,开展辅助物理试验。试验前进行结构响应分析、危险部位识别和破坏预估,试验进行过程中进行试验实时监控、试验与分析相关性评估。

采用飞机结构强度虚拟试验技术,可以有效降低试验风险、缩短试验周期、减少试验成本,达到优质高效完成试验任务的目的。

精心组织 创新超越

从“十一五”开始,强度所就在国防科工局等上级机关和部门的支持下,针对飞机机体结构,从飞机结构静强度、耐久性/损伤容限、动强度和热强度等方面开展了虚拟试验技术和方法的预先研究,建立了全尺寸飞机结构强度虚拟试验工程应用平台,集成开发了静强度、动强度(落震,摆振,共振,坠撞)、热强度、耐久性/损伤容限等虚拟试验子系统,按照虚拟试验技术积木式策略,开发了材料力学性能、失效判据、壁板稳定性试验等一系列数据库。

经过研究探索,强度所虚拟试验实现了多项技术成果:

——突破了虚拟试验平台无缝集成技术,建立了以试验数据库支持的飞机结构虚拟试验流程和方法,可实现虚拟试验项目及数据的高效管理,在平台上可完成型号的虚拟试验;

——突破了飞机结构强度虚拟现实和虚拟测试技术,可进行试验场景的交互漫游,实现了试验件响应的虚拟测试,达到实时全局三维显示试验结果;

——突破了飞机静强度虚拟试验模型技术,积累了飞机典型结构的模型库,突破了各级模型的渐进式破坏分析技术,可实现壁板结构、接头以及连接结构的破坏过程模拟展示;

——突破了综合使用环境下的损伤叠加与相互干涉技术,可进行考虑腐蚀疲劳日历寿命的估算和典型腐蚀环境下腐蚀坑疲劳开裂寿命的计算;

——突破了起落架落震/摆振、共振虚拟试验技术,可通过多支柱起落架参数和油孔参数的优化设计最大限度地降低飞机着陆载荷;

——突破了多层隔热元件等效热传导系数稳态测试技术,得到了热/结构耦合分析气动加热工程算法,实现了气动/热的耦合分析。

这些技术均已通过不同地面强度试验得到了验证和应用:如结合飞机典型的加筋壁板结构,在试验前可通过虚拟试验预估试验件的破坏部位,破坏模式以及其破坏载荷,为试验的顺利进行提供了技术支撑;在飞机结构部件试验中,通过虚拟试验可视化技术的应用实时展示了最大应变的三维位置和测片,实现了测量数据的三维实时展示,为试验检测提供了依据和方向。

目前,虚实结合的试验新模式已逐步在强度所的地面强度验证中展开。

周密部署 集智攻关

近年来,强度所针对型号需求,陆续攻克了多项虚拟技术难题,有效的辅助了物理试验,赢得了广泛好评。

结合正在开展的C919大型客机和AG600水陆两栖飞机的地面强度试验,强度所形成了飞机结构强度虚拟试验流程,制定了虚拟试验环境条件规范、虚拟试验大纲等一系列质量文件,从硬软件系统要求、载荷、流程等方面对虚拟试验工作进行梳理和完善。

在C919飞机的虚拟试验中,强度所针对新情况,提出了样条曲线法,大幅提升了建模效率,提前完成全机建模工作;积极探索,形成了增压舱曲面精细建模、起落架刚度精确模拟、舱门边界等效等关键技术;创建了一个粗细网格结合的高性价比全机有限元模型,模型计算精度和效率得到了委托方的充分肯定,有效支撑了型号试验。

在AG600飞机的虚拟试验中,强度所目前已完成AG600全机静力虚拟试验模型构建和辅助物理试验设计工作,后续将借助强度所研制的虚拟试验系统和长期积累的飞机结构强度试验数据库,并结合即将开始的飞机全机静力试验,全面开展虚拟试验工作。

未雨绸缪 系统规划

近年来,面对新时期虚拟试验的新发展,强度所从技术领域提出了新的要求和目标:试验前对试验各工况进行预试;辅助物理试验过程,确保试验安全顺利;提供主机所经过验证的模型及数据库;完善虚拟试验系统,提升关键技术成熟度。

为了进一步发挥虚拟试验在飞机结构地面强度试验中的重要作用,强度所还计划进一步开展基础技术研究,提高虚拟试验成熟度。通过研究和应用,达到基础部件的虚拟试验能力,实现部件级的平台验证;研究高效可靠的虚拟试验建模分析方法,实现虚拟试验精度可控;建立完善的基础试验数据,实现试验数据的体系化、规范化、完备化;进一步扩展虚拟试验功能,增加结构冲击、噪声等专业的虚拟试验,为飞机结构地面强度试验提供更全面的技术支撑。

未来,强度所将紧抓“十三五”时期发展机遇,紧抓物理试验和虚拟仿真两条主线,持续钻研虚拟试验新技术,开拓虚拟试验新方向,为飞机结构地面强度试验提供全面技术支撑,不断创新强度试验技术。

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