195_CAE仿真技术在兵器行业中的应用
仿真技术在工业中有哪些应用
仿真技术在工业中有哪些应用在当今的工业领域，仿真技术正发挥着日益重要的作用。
它就像是一位“虚拟的预言家”，能够帮助企业在实际生产之前，就对各种可能的情况进行预测和优化，从而降低成本、提高效率、减少风险。
那么，仿真技术究竟在工业中有哪些具体的应用呢？首先，仿真技术在产品设计与开发方面表现出色。
在新产品的研发过程中，工程师们可以利用仿真软件创建虚拟模型，对产品的性能、结构、可靠性等进行模拟和分析。
比如，在汽车制造业中，设计师可以通过仿真来模拟车辆在不同路况下的行驶性能，包括悬挂系统的响应、刹车效果、燃油消耗等。
这样一来，在实际制造之前，就能够发现潜在的问题并进行改进，大大缩短了产品的研发周期，降低了研发成本。
在航空航天领域，仿真技术更是不可或缺。
飞机的机翼设计、发动机性能优化、飞行姿态控制等都需要依靠仿真来进行评估和验证。
通过对空气动力学的仿真分析，可以精确预测飞机在不同速度和高度下的受力情况，从而为设计提供科学依据，确保飞机的安全性和性能达到最优。
其次，仿真技术在生产流程优化中也大显身手。
工厂的生产线布局、设备的运行效率、物料的流动路径等都可以通过仿真进行模拟和优化。
以电子制造企业为例，通过对生产线上各个工序的时间和资源消耗进行仿真，可以找出瓶颈环节，合理调整设备配置和人员安排，从而提高整个生产线的生产效率，减少在制品库存，降低生产成本。
在化工行业，仿真技术可以帮助优化工艺流程。
例如，对化学反应过程的模拟，可以确定最佳的反应条件，如温度、压力、反应物浓度等，从而提高产品的产量和质量，同时减少能源消耗和废弃物排放。
再者，仿真技术在供应链管理中也发挥着重要作用。
企业可以通过建立供应链仿真模型，模拟原材料的采购、生产计划的制定、产品的配送等环节，以应对市场需求的不确定性和变化。
通过仿真分析，可以评估不同供应链策略的效果，如库存策略、运输方式选择等，从而提高供应链的灵活性和响应速度，降低缺货风险和库存成本。
仿真在制导兵器试验与鉴定中的应用
仿 真 在 制导 兵 器试 验 与 鉴定 中 的应 用
苏建 刚 。 付 梦印。
，
（． 京跟踪与通信技术研究所 １北
北 京 １０ ９ ，．北 京 理 工 大 学 ０ ０４ ２
北京
１０８） ００ １
摘
要： 制导兵器向信息化方 向发展 ， 制导 兵器试验 与鉴定技术提 出了新的要求 。针 对这些新要求 ． 对 介绍 了国外 制导兵
维普资讯
ＶｏＩ３ Ｎｏ． ． ２。 ５
Ｍ ａ ２ ０７ ｙ， ０
火 力 与 指 挥 控 制
Ｆｉｅ Ｃｏｎ ｒ ｌａ ｄ Ｃｏ ｒ ｔｏ ｎ ｍｍａ ｄ Ｃｏ ｔ ｏ ｎ ｎｒＩ
第 ３ ２卷 第 ５期 ２０ ０ ７年 ５月
文 章 编 号 ：０ ２０４ （ ０ ７０ ０ ４０ １０ —６ ０ ２ ０ ） ５０ ０—４
ｄｅ ｅｏｐｉ ｄ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ａ ｐｔｎｇ ｉ ｖ ｌ ｎｇ ｉｅ ｔｏ ｆ ｄｏ ｉ ｓｍｕｌ ｔｏｎ ｅ ｈｎ ｌ ｙ ｆ ｔ ｅ ｔ ａ ｅ ａ ｕ ｔｏ ｆ ｕｉ ｄ ａ ｉ ｔ ｃ ｏ ｏｇ ｏｒ ｈｅ ｔ ｓ ｎｄ ｖ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ｇ ｄｅ ｗｅ ｐ ａ ｏｎｓ ｉ ｓ
Ｓ Ｊａ — ａ ｇ 。， Ｕ ｅ ｇ ｙｎ Ｕ ｉｎ ｇ ｎ 。Ｆ Ｍ ｎ — ｉ 。
（ ． ｉｉｇ Ｉ ｓｉ ｔ ｆ Ｔｒ ｃ ｉｇ ａ ｄ Ｔｅｅｏ １ Ｂｅｊｎ ｎｔ ｕ ｅｏ ａ ｋｎ ｎ ｌｃｍｍｕ ｉａｉｎＴｅ ｈ ｏｏ ｙ，Ｂｅ ｉｇ １ ０ ９ Ｃｈ ｎ ｔ ｎｃ ｔｏ ｃ ｎ ｌｇ ｉ ｎ ０ ０ ４。 ｉａ． ｊ ２ Ｂｅｊｎ ｎ ｔ ｕｅｏ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ， ｕｉｇ １ ０ ８ ， ｉａ ． ｉｉｇ Ｉ ｓｉ ｔ ｆ ｃ ｎ ｌｇ Ｂｅ ＇ ０ ０ １ Ｃｈｎ ） ｔ ｎ
系统仿真在军事战争中的应用
系统仿真在军事战争中的应用近几十年来，随着现代科技的迅猛发展，人类社会发生了深刻变革，军事战争领域也不例外。
在现代军事战争中，需要高效、安全的武器装备，需要人员高素质、高战斗力的军队，同时也需要具备精准预判和指挥能力的军事指挥系统。
而系统仿真技术自然成为了现代军事战争所需的一种关键技术之一。
系统仿真是指利用计算机技术，对一个实际系统建立相应数学模型，对其进行计算机模拟，以达到对这个系统的各种行为和性能进行预测、评估和优化的目的。
在军事领域中，使用系统仿真技术可以对武器装备的设计与优化、军事训练的方案制定和军事行动的战术规划等进行模拟、评估和优化，从而达到提高军事作战能力的目的。
一、仿真实战融合训练实战演练是提高军人战斗能力的关键途径之一。
而仿真技术可以在一定程度上减轻实战演练的风险，同时也能够提高实战演练的效率和真实性。
通过仿真技术，军队可以将实战场景、训练方案和参数等输入计算机中进行模拟，从而达到实战场景的再现和训练指导的模拟。
同时，还可以将仿真结果和实际训练进行对比和分析，了解训练效果，并根据训练效果对训练方案进行优化和改进。
仿真技术与实战演练的融合，不仅可以提高军队的战斗力和作战效率，还可以为军队的成长和发展提供理论基础和实践支持。
二、武器装备的仿真设计与优化仿真技术可以对武器装备进行模拟和优化，降低了设计过程中试错成本和研发时间，因此在武器装备研制过程中得到了广泛应用。
仿真技术能够对武器装备的结构、性能、功能和使用等进行模拟，通过优化设计和测试方案，提高武器装备的性能、可靠性和稳定性。
与传统试验相比，仿真技术具有精度高、可重复性强、成本低等优点，还可以模拟各种复杂情况，并对其进行评价和分析。
因此，在保证武器装备性能的同时，降低了设计成本和研发时间，对于提高武器装备的研发效率和研发质量具有重要意义。
三、战术规划的仿真模拟与优化战术规划是整个军事作战中的核心环节。
而历史上的大型战争常常受到人员、时间、空间等因素的限制，难以前后兼顾，因此，战术决策往往存在误差和风险，甚至导致失误。
仿真技术在工业制造中的应用
仿真技术在工业制造中的应用随着科技的飞速发展，各行各业都在不断地探索使用新技术，以提高工作效率和质量。
其中，仿真技术在工业制造领域的应用越来越广泛。
什么是仿真技术？仿真技术是指利用计算机技术，对某一个系统或产品进行模拟运行，以达到预测、分析和验证功能的一种技术。
它可以帮助人们发现在现实运作中可能出现的问题，并尝试采取更好的方案。
仿真技术在工业制造中的应用1. 产品设计在产品研发阶段，工程师可以利用仿真技术对设计图纸进行检验和改进，以确保产品的可行性和可生产性。
利用仿真技术可以更好地分析产品设计过程中可能出现的问题，提高产品的质量和效率。
2. 工艺优化在实际生产过程中，利用仿真技术可以帮助企业进行各种生产参数的优化。
例如，可以通过对生产过程进行仿真，调整生产计划，提高生产效率，减少生产成本。
3. 质量控制利用仿真技术可以模拟产品生产的全过程，包括零部件生产、产品装配等。
通过模拟实验，可以检验产品是否符合规定标准，对缺陷进行分析并进行改进，提高产品的质量。
4. 维修优化仿真技术可以应用到产品的维修方面。
通过对维修过程进行仿真实验，可以更好地分析出问题的根源，制定更好的维修方案。
同时，可以通过维修仿真，减少由于人工失误而造成的进一步损失。
实例分析在航空制造领域，仿真技术得到了广泛应用。
航空器的设计、制造和维修过程都需要大量的工作。
利用仿真技术可以进行各类系统的仿真，例如飞行动力系统、气动力学、热力学等。
这不但可以指导产品的设计，也可以优化生产过程、提高工作效率。
总结随着制造业的发展和竞争加剧，利用新技术提高工作效率成为了制造企业的优先选择。
仿真技术的应用，不但为制造企业提供了更好地优化生产流程和技术的途径，同时能够帮助企业提高产品的质量。
未来，随着科技的不断发展和成熟，仿真技术将在工业制造领域得到更为广泛的应用，为各类企业带来更多的机会和挑战。
作战仿真在武器装备研制中的应用研究
作战仿真在武器装备研制中的应用研究摘要：作战仿真作为系统仿真在装备研制领域的具体应用，能够有效提高武器装备研制的能力。
本文首先从武器装备研制的角度对作战仿真进行论述，介绍了作战仿真在武器装备研制的分类、应用方向以及作战仿真实验室的建设，然后从缩短研制周期、论证装备需求、降低装备研制成本和验证装备作战效能等方面分析作战仿真在武器装备研制中的优势，最后对未来作战仿真技术的应用进行了初步的展望。
关键字：作战仿真、武器装备、作战仿真实验室、军事运筹学、计算机1.概述20 世纪 60 年代以来，由于军事运筹学、系统工程理论以及计算机等现代信息技术的不断发展，使得作战仿真的发展进入一个新的阶段，并广泛应用于军事推演、装备研制的各个方面。
作战仿真是以军事运筹的实践活动为研究对象,通过对作战环境和作战过程进行模拟研究实验。
作战仿真在应用分析的过程既可以提高和改进以往研究军事问题的方式和方法，也可以通过作战仿真技术研究新的作战理论、装备、战略战术，推演优化各种作战方案，验证某种武器装备体系的作用[1-2]。
1.作战仿真1.作战仿真的分类及应用作战仿真的分类及其应有的划分方法有很多种，通常按作战仿真的应用领域或仿真对象进行分类[3-5]：一类是分析类仿真。
主要用于作战方案决策、战法研究等；第二类是训练类仿真，主要用于决策者、各级指挥员及战斗人员的训练；第三类是采办类仿真，主要用于武器发展战略规模结构论证以及武器装备概念或型号研制论证，通过仿真分析为武器装备的采办、设计、发展、运用和改进提高依据。
对于采办类仿真，按照研究的对象和目的不同，可以分为三类：一是体系级，主要是针对武器装备发展战略规模结构等论证需要，通常以战略/战役作战为背景，具备构建要素全、规模大，各武器装备联结关系复杂，与实战较贴近的特点；二是系统级，主要面向装备型号研制立项、改进改型、引进等论证需要，通常以战役/战术作战为背景，具有模型详细、仿真任务背景单一等的特点；三是设备级，面向武器装备关键技术预先研究和新技术应用研究等论证需要，通常以战术作战或单项技术效能分析为背景，具有系统结构和简单背景等特点，是专项技术论证的有效手段。
军事仿真技术在军事训练中的应用研究
军事仿真技术在军事训练中的应用研究一、引言随着古代战争方式逐渐淘汰，新型武器、新兵器、新技术层出不穷，人类的军事技术得以飞速进步，但是要让它们真正发挥作用，在实战之前必须进行大量的训练。
如今，军事仿真技术的广泛应用有效地提高了部队的训练效果，为军事训练注入了新的活力。
二、军事仿真技术的定义及发展历程仿真技术是指通过计算机系统模拟真实环境中的机器、过程、系统或事物，以达到训练、测试、教育、研究等目的的一种技术手段。
而军事仿真技术就是应用仿真技术来进行军事训练或演习的一种技术。
在军事仿真技术发展的历程中，其应用范围也逐步扩大。
最初，军方主要使用仿真技术进行某些特定武器和设备的研发，如飞行模拟器、坦克驾驶模拟器等，以便提高士兵的技术水平。
随着计算机技术的快速发展，仿真技术得以广泛应用，它不仅可以在武器装备的开发与试验中使用，而且还可以在部队各级人员的训练中大规模运用。
三、军事仿真技术在军事训练中的作用3.1 实现多种复杂环境的模拟军事仿真技术可以在数字虚拟环境中模拟不同的战斗环境，包括山脉、城镇、丘陵、海岸等，还可以通过虚拟模拟的手段模拟天气、地形、人口、交通等各种复杂的环境。
通过这种手段，军人可以进行各种各样的训练，从技能训练到战术训练，从个人训练到连续训练，以保证在实战中具备必要的技能和知识，同时也为军人的心理训练提供了有效的模拟环境。
3.2 提高训练效果军事仿真技术可以在训练环节中提高训练效果，提高士兵对战场环境和战斗过程的认识和理解。
通过模拟各种情况，从而提高个人记忆和反应速度、沟通技巧，还可以通过模拟危险情况或战斗场景，提高士兵的心理素质和判断能力。
3.3 降低训练成本军事仿真技术可以省去大量的设备和器材的费用。
在传统的军事训练中，各种装备和器材的费用非常昂贵，而使用虚拟设备和数字化装备，可以大幅降低成本，并且也避免了由于使用实际设备制造的它们的磨损和损坏所带来的费用。
同时，军事仿真技术还可以将训练场地从实际土地转移到虚拟场地，这意味着训练可以在任何时间，在任何地点进行。
CAE仿真技术在兵器行业中的应用
Ｃ Ｅ Ａ 仿真技术在兵器行业中的应用
口 中国兵器工业集团系统 总体部 李瑞英 陈龙 茹丽妙
兵器科学技术 的发展凝聚着人类 的智慧 ，每个 时代 的 入 了现代兵器时代。现代兵器是更加复杂 、性能优 良的高 科技武器系统。兵器科学技术 已经逐渐形成 了以空气动 力 学、爆炸 力学 、理论 力学 、材料 力学 、弹道学 、电子学、
Ａ 解决方案。 以帮助决 策者 在兵器产品设 计早期 ，依据科学预测和数值 业Ｃ Ｅ
以分 析提高设 计的决策水 平和能 力。通 过引入Ｃ Ｅ Ａ 技术可 以获得 以下效益 ： 幅度地降低 产品研 发成本 ； ２虚拟样机 的引入减少 了实物模型 的试验次数 ，能够 ）
１ ． 主要应用Ｃ １ Ａ． 的仿真 内容及典型应用
常规兵 器行业包括 以下几类结构 ：坦克、装甲车辆行 制一 改进一创新 ”的路线发展 ，伴随 着这一发展主线 ，该
业 ，火炮行业 ，轻武器 行业 ，弹 药行业和 军用光 电、 电子 行业的研究人员所做 的工作也是逐渐 由基础分析 、简单分
行业 。
析计算过渡 到复杂分析 、系统分析 主要领导者 之一 ，为兵 器工业 中的坦克 、车辆 、 计 算机辅 助工程 （Ａ ） Ｃ Ｅ技术 ，不但 替代 了大量 的传 统 Ｃ Ｅ
物理试件和试验 ，还能够 帮助设计者 快捷 准确地判断兵器 火炮、枪械 、弹药等产 品的设计与仿真提供 了涵盖诸 多领
产 品的功能 、性 能及各种 战术指标 的满 足情况。Ｃ Ｅ Ａ 也可 域 的强有 力的设计工具 ，可 以说是提供 了最全面 的兵 器工
的不合理现象 ，及早发现 问题 ；
４各类用户（ ） 包括武器装备的研制部 门、采购部 门、训 学分析 等弹药和战斗部设计的主要领域 ，主要解决弹药 的 练部ｋ￥ 军事使 用部 门） ＇Ｄ ７ 可在合成环境 中根据需要来综合应 射程 、威 力、精度 三大 问题 。
火箭导弹总体-CAE应用简介
火箭导弹总体-CAE应用简介CAE仿真技术在火箭/导弹产品设计中的应用简介火箭/导弹弹体刚强度分析 ? 弹翼气动弹性稳定性分析 ? 弹体固有特性分析 ? 弹翼热强度分析舱段连接法兰强度分析火箭/导弹在结构设计中需要考虑飞行、贮运和发射等不同工作状态下的应力和变形。
ANSYS 软件可以帮助解决在不同的工况条件下，结构零部件的强度、刚度及稳定性校核问题。
尾翼控制机构运动仿真折叠弹翼展开过程运动仿真 ? 发射系统机构运动过程仿真Recurdyn 软件可以分析诸如发射系统机构运动、尾翼控制机构和折叠弹翼展开的运动过程，通过输出零部件的位移、速度、加速度等运动曲线，了解机构的运动特性。
火箭/导弹的结构复杂，其研制过程是一个复杂的系统工程，具有周期长，费用高的特点，研发过程中常涉及到强度、刚度、散热、疲劳寿命、高马赫数、强激波、气动热、噪声、外弹道、气动弹性、流-固-热耦合等方面的工程问题。
随着现代CAE 仿真技术的日趋成熟，企业完全可以将这种先进的研发手段与试验和经验相结合，从而提升研发设计能力，缩短开发周期。
下文是CAE 仿真技术在解决火箭/导弹产品研发过程中部分常见工程问题的简要介绍：承受飞行工况、运输工况动态载荷的疲劳分析设计细节的疲劳断裂分析火箭/导弹管路系统疲劳分析 ? 火箭/导弹接管焊缝疲劳分析火箭导弹产品的抗疲劳性能和可靠性会直接影响其设计的成败。
ANSYS 高级疲劳分析和设计软件可以分析火箭/导弹零部件由于反复运动引起的高、低周疲劳问题及焊缝疲劳问题。
火箭/导弹发动机转子动平衡分析结构模态、随机振动等动力学分析研究火箭/导弹配管、发射架、储液箱的振动，优化结构减振? 卫星天线展开机构模态分析 ? 卫星太阳能电池板模态分析 ? 声学-结构耦合场分析振动是火箭/导弹故障的重要原因。
借助ANSYS 软件动力学分析功能，通过合理地优化火箭/导弹各部件，可以降低火箭/导弹机体的振动，减少振动故障的产生。
CAE在装备制造业中发展趋势
引言制造业是国民经济的主要支柱，装备制造业是国家竞争力的集中体现，发达国家普遍将发展高端装备产业置于战略地位.2010年10月18日下发的《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定（国发2010【32】号）》，以提升制造业核心竞争力等为目标，将高端装备产业等列入战略性新兴产业.我国已是世界制造大国，但与发达国家相比，自主创新能力薄弱等问题依旧突出.我国要从“制造大国”走向“制造强国”，需要变“中国制造”为“中国创造”，而其瓶颈之一就是缺乏“中国设计”国务院在发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》总目标中确定，“经过15年的努力，在我国科学技术的若干重要方面实现以下目标：掌握一批事关国家竞争力的装备制造业和信息产业核心技术，制造业和信息产业技术水平进入世界先进行列.”其中，重点领域“装备制造业”的发展思路之一是“提高装备设计、制造和集成能力,用高新技术改造和提升制造业”，“数字化和智能化设计制造”被列为“优先主题”之一，并指出：重点研究数字化设计制造集成技术，建立若干行业的产品数字化和智能化设计制造平台；开发面向产品全生命周期的、网络环境下的数字化、智能化创新设计方法及技术，CAE分析与工艺设计技术，设计、制造和管理的集成技术；强调“重大产品和重大设施寿命预测技术是提高运行可靠性、安全性、可维护性的关键技术；研究零部件材料的成分设计及成形加工的预测控制和优化技术，基于知识的成形制造过程建模与仿真技术，制造过程在线检测与评估技术，零部件寿命预测技术，重大产品、复杂系统和重大设施的可靠性、安全性与寿命预测技术”.以大规模数值模拟为主的CAE技术在工程研究中正发挥越来越重要的作用，当前CAE 技术已远远超出单纯数值分析的范畴，开始在高端装备结构设计、制造、服役和维护全寿命周期管理中发挥作用.2007年，美国NSF启动“通过千万亿级模拟和分析手段在科学与工程领域加速探索”计划，首选方向为与装备结构研发紧密相关的材料模拟、计算流体力学和结构力学算法.欧盟也在2008年推出类似计划，重点资助多尺度计算与工程设计.大规模数值模拟在装备研发和基础研究中扮演越来越重要的角色.重大装备吸能、抗冲击、热管理、轻量化和多功能结构优化设计，大型零件制造过程（冷、热和特种加工）的数值模拟，面向功能、材料、结构和制造工艺因素的装备结构多学科综合优化设计方法，以及大型流体叶轮机械叶片的非线性流固耦合动力学等工程中的理论和技术研究都离不开大规模数值模拟技术的突破.如先进的计算流体力学和计算结构力学技术的出现，对大型飞机的研发产生深刻的革命性变化：发达国家飞机设计中已有30%～50％的气动数据和结构数据由计算机模拟提供；据国外资料统计，若不大量使用大规模数值模拟技术，仅完成现代飞行器气动设计所需风洞试验就要多耗费5～10年.CAE技术综合性高，产业附加值高，技术辐射和扩散能力强，是科学走向工程的桥梁.从当前高端装备制造领域国家重大项目和航空航天装备发展趋势看，CAE战略高技术特性日益显现，且国际合作日益紧密.进入21世纪，高端装备制造纷纷被各国重新列为优先战略领域，使得CAE技术需求旺盛.另一方面，各学科基础研究成果和应用技术的不断突破为CAE 发展带来新动力.CAE的本质不仅仅是分析，还涉及到产品设计、分析、制造和服役的全寿命过程.高端装备设计与制造都离不开现代设计理论和数值模拟技术的发展.目前，国际高端装备制造领域CAE前沿技术发展趋势主要包括：服务于分析的多物理场响应CAE求解技术，服务于设计的优化设计技术，服务于制造技术的CAE模拟技术，以及服务于全生命周期的管理技术.而且，现代设计理念包含材料与结构一体化设计，环境与结构一体化设计以及环境、功能与结构一体化设计.1 综合服役环境下的结构CAE分析技术当前，具有战略意义的重大装备往往在复杂多物理场环境中服役，包括高温、高压、冲击、噪声、强过载和复杂电磁耦合等恶劣综合环境.新型或特种装备在服役过程中往往处于振动、噪声、过载和热等综合力学环境中.服役综合力学环境的准确预示是提高结构设计水平、控制精度和缩短研制周期的关键问题，并且影响结构安全性评价，其涉及环境预示理论和实验方法，综合环境下结构动力学和振动控制及结构与环境的耦合理论和算法等关键力学问题.以当前国际上具有代表意义的临近空间飞行器为例，严酷的气动热、气动噪声和机体振动等强烈的相互作用具有多物理场耦合特点，使飞行器服役处于超常环境中.气动热使结构产生额外的热应力，导致结构“刚化”，还可使材料特性随温度发生变化，导致结构刚度下降，从而导致声-振耦合动力学特性变化.因此，在飞行器设计和强度校核中必须考虑声-振特性.如何求解和预示超常环境下的多物理场耦合效应是临近空间飞行器研发、设计和试验必须面对的重要问题；其理论研究和数值方法涉及到空气动力学、热力学、材料学、结构力学和计算方法等多学科的交叉；其理论研究成果和数值分析结果有助于从源头上提高我国飞行器结构设计的创新能力.因此，考虑综合服役环境的结构响应模拟为CAE技术带来新的挑战.这些设计的实施首先要解决力学环境和热场等多物理场响应的求解，复杂多物理场响应求解的主要手段就是数值分析.下面以热-声-振相互作用为例说明国内外的现状.VLAHOPOULOS等[1]用有限元法（Finite Element Method, FEM）和边界元法（Boundary Element Method, BEM）对火箭发射时的声-振环境开展数值模拟分析;NG等[2]计算有2种缺陷下热防护系统在热载荷作用下的热应力；LOCKE等[3]考虑热应力影响建立各向同性梁在热载荷和声载荷共同作用下响应的有限元方程；BEHNKE等[4]分析飞行器的一体化金属热防护壳结构在高温、气动和声载荷作用下高温引起材料属性变化对结构动态响应的影响；JEYARAJ 等[56]利用ANSYS和SYSNOISE考虑结构温度变化对各向同性板、各向异性板的振动和声辐射特性的影响；KUMAR等[7]以温度作为热载荷，采用FEM和BEM将热载荷产生的热应力以预加应力的方法施加给结构，计算椭圆功能梯度板在热环境下的声-振耦合响应；文献［8］~［10］对考虑材料特性温度效应的热对结构振动特性影响进行研究.①该文已被《计算力学学报》录用，待发表，作者是西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室的耿谦、李跃明和杨雄伟.虽然已有一些针对热环境下结构声振特性数值研究的报道，但大多为针对梁和板等简单结构中的低频响应分析[1113].文献［14］和文献《热应力作用下结构声-振耦合响应数值分析》①分别考虑结构热应力和材料热效应产生的影响，分析X43A整体结构的声-振耦合特性.考虑结构变形效应的研究还很少，LI等[15]初步研究针对典型飞行器结构在过载作用下声-振力学响应问题的数值模拟方法.另外，对声-振耦合问题不同频带的数值求解方法也不同，目前主要有FEM，BEM和统计能量分析（Statistical Energy Analysis，SEA）.FEM和BEM作为确定性分析方法，虽然理论上可在任何频率范围内预测复杂结构的声振环境，但高频区结构模态密集度高，对高阶模态参数的识别难度大，因此多用于低频问题的求解.SEA是一种统计性质的分析方法，通过将结构与声场之间的相互作用处理成一种弱耦合，求解功率流平衡方程，获得结构与声场在系统级上的响应，适用于高频范围.为实现宽频范围内的计算，也有研究人员将2种或3种方法联合起来求解声-振耦合响应.SHORTER等[1617]提出基于波动理论的混合FEM SEA方法，对复杂结构同时进行确定性和统计性建模，给出一种处理中频问题的途径，可用于宽频声-振问题的求解；SHORTER等[18]和LANGLEY等[19]利用该方法计算复杂系统在宽频内的声-振特性，其中，用FEM描述系统中模态较少的子系统振动特性，用SEA描述不确定子系统的振动特性（通常有较多的模态）.WILSON等[20]认为可对结构刚度较大的部分使用FEM分析，而刚度较小的部分使用SEA 分析；GARDNER[21]提出可对结构上比较重要、起关键作用的部位使用FEM或BEM计算，其他部分则采用SEA分析；VLAHOPOULOS等[22]通过FEM与BEM耦合计算的方法预测火箭发射过程中声-振环境；韩峰[23]综合使用FEM，BEM和SEA等3种方法研究典型截锥壳结构在宽频带内的声-振耦合特性，并得到混响实验的验证；解妙霞等[2425]在前人求解梁、平板的基础上，发展一套适于壳结构中高频声-振耦合响应的能量有限元分析方法；YANG等[26]利用FEM SEA方法研究热应力对结构宽频声-振特性的影响;杨雄伟等[27]建立X43A自由状态下结构与内声场的FEM SEA混合模型，考虑热属性和热应力的影响,得到165 dB混响声场作用下结构在 1 800 Hz宽频范围内的响应，研究高温环境对结构声-振特性的影响.实际上，热、噪声和振动三者耦合的结构动力学响应求解是很难的问题，至今在理论上没有得到解决.但是，由于以微振动为主的结构动力学响应引起的热环境变化相对较小，利用结构声-振耦合理论，将热视为影响因素研究结构声-振耦合动力学响应的变化，不失为认识热、噪声和振动相互作用的初步手段.热因素又可进一步分解为材料热效应、结构热应力效应和结构热变形效应.这些都是将原问题转化为热环境作用下的声-振耦合动力学响应求解.因此，未来要模拟更为真实的多物理场环境下结构动力学响应对CAE分析技术提出新的挑战.当然，大规模数值分析只有与具体的物理模拟相结合才能获得在特定领域中的强大生命力.装备结构高精度、可信的模拟关键在于科学表达物理模型，涉及材料性质、结构模型、装配部件连接、边界条件和载荷表征等关键问题，这依赖于力学理论与计算方法的突破，如多物理场耦合效应模型、整体结构动力学模型表达和虚拟试验等.2 重大工程中的流体CAE技术近年来，随着计算机硬件水平的飞速发展和计算机技术的普及，CFD在理论上得到极大发展，涌现出一系列高精度格式网格、高质量网格生成技术和高效数值求解算法.工程应用对CFD软件产品设计在精度、准确度、效率、代价和精细化等方面提出前所未有的苛刻要求，这极大地促进CFD计算机仿真技术的发展，并在众多工业设计领域发挥着举足轻重的作用.以飞行器设计为例，在传统设计时风洞试验是获得飞行器可靠气动性能的主要途径，在某些情况下甚至是唯一途径，而计算大多只停留在采用工程经验公式进行估算的层面上.传统飞行器从雏形设计到定型生产的整个周期中，需要开展数以千计的风洞试验，以期获得各种工况下飞行器从机身、机翼到发动机以及全机等的气动参数和气动性能，这需要耗费大量时间、人力和物力成本.另一方面，由于风洞技术的限制，风洞试验很难给出流动全场的详细信息，同时天地差异的存在导致风洞试验与真实飞行状况存在较大差异.引入CFD仿真技术后，其快速、经济、高效、适用范围广、受限小和数据详尽等优势从根本上改变传统的飞行器设计理念，成为空天飞行器研制中强有力的工具.SILLéN等[28]从工程师的角度详细叙述现代飞行器设计中CFD方法所扮演的重要角色.①.CFD软件产品也处于蓬勃发展阶段，目前国际上著名的有ANSYS公司的FLUENT和CFX 软件以及CD adapco公司的STAR CCM+和Star CD软件等.近年来ESI公司开发的CFDRC 软件包的高速流动计算模块CFD Fastran更是表现优异.上述商业软件通常具有较强的普适性，界面操作友好、简单，同时具有较强的处理复杂问题的能力，如具有动网格、自适应计算、跨平台计算、多物理场耦合以及大规模并行计算等能力.随着CFD技术在工程上发挥越来越重要的作用，强非定常流动、多物理场相互作用、高超声速流动以及复杂湍流运动机理研究变得非常重要[2932]，传统CFD软件在这些新领域的应用上具有较强的局限性，亟需开展相关基础研究和软件平台开发工作.除此之外，国外的很多大学和研究所等科研机构也开发出大量具有针对性的CFD数值仿真软件.以NASA[33]为代表，自从20世纪七八十年代开始就非常注重仿真软件的开发，投入相当大的人力、物力和财力，现已开发出具有不同针对性和特点的流动数值仿真软件，并已发展得相当成熟.著名的有CFL3D，FUN3D，OVERFLOW，WIND，LAURA，VULCAN和GASP 等.在欧洲，有法国开发的NSMB流动求解器，德国DLR开发的结构网格流动求解器FLOWER 和非结构网格流动求解器TAU以及英国开发的PMB流动求解器等.这些求解器在易操作性和普适性方面比商业软件逊色许多，但是他们针对各自专业领域进行优化，在处理复杂湍流、高精度计算、真实气体效应、非平衡效应以及处理燃烧化学反应等问题的特殊能力上得到极大提升.通常这些软件都高度保密，不对外出口.另外，近来以OpenCFD公司①牵头的开源CFD仿真平台OpenFOAM为代表,反映来自CFD软件开源领域的声音,现在网络上可以自由下载OpenFOAM源代码，关于该软件的发展和应用的研讨会议已在国际上举办过多次.国内在CFD基础算法的研究上不输于国外，并开发有自己的CFD仿真软件，如中国空气动力研究与发展中心张涵信[34]院士提出并发展的NND格式，已在我国航天、航空院所得到广泛使用；开发的亚跨超CFD软件平台Trip已在基本功能、用户界面、软件测试和复杂网格处理等4个方面取得长足的进展[3537].另外，傅德薰等[38]在高精度激波分辨格式以及可压缩湍流直接数值模拟方面也做出相关研究，并将开发的OpenCFD SC[39]源代码公开.我国CFD软件开发起步较晚，与国外相比投入小，所以现有的CFD软件规模小、集成度低，限制我国CFD软件整体水平的提高.目前，既没有形成类似FLUENT的成熟商业化软件，也没有发展出类似CFL3D和OVERFLOW等性能优异的大型科研CFD软件系统.因此，需要加强各方协调，针对国家重大需求，开发适用于航空航天装备、现代交通与运载装备、能源化工装备、海洋平台和土木工程等领域的具有自主知识产权商业软件和开源的科研CFD软件.3 重型能源动力装备中的流固耦合CAE技术对于各种主、被动冷却热结构，如重型燃气轮机热端部件，人们总是希望获得尽可能准确的温度场和流场分布，从而更好地设计冷却方式，以较小的冷却量获得最佳的服役状态.传统的做法是将整个求解域分为固体区域和流体区域，然后分别处理，该过程需要重复多次且需人为调整流固边界条件，不利于计算的准确性.对于热防护结构分析与设计，热-结构耦合是迫切需要解决的关键问题，而流体-固体-热一体化耦合分析是从结构部件级层次过渡到系统层次的一个桥梁.这是因为无论结构本身模型建立得多么精细，如果其外部力学和热环境预测误差较大，也会无法准确预测结构响应，其安全性和可靠性也无从谈起.人为将环境与结构的耦合问题分为流体域与固体域，再将固体域分为材料和结构进行处理的工程技术在精细分析和设计阶段（如热-结构安全性和可靠性评估）不符合实际.对于热环境预测以及主动冷却结构的共轭传热问题，流体-固体-热耦合分析方法已引起国外学者[4043]的关注. LOHNER等[44]提出一种流体-结构-热相互作用的松耦合算法；TRAN等[45]提出一个连续的流体-结构-热求解器，用于研究空气动力学加热和气动热弹性问题；SAVINO等[40]采用CFD和热应力分析模型耦合方法研究下一代可重复使用运载器的超高温陶瓷（Ultra High Temperature Ceramic，UHTC）热防护系统，结果表明外部流场和结构内部温度场在时间域的耦合模拟对正确预测UHTC材料表面的热载荷十分重要；HENSHAWA等[41]采用不可压N S方程与固体热传导方程耦合，发展基于重叠网格适于复杂外形的共轭传热求解器，结果表明数值仿真结果与解析解吻合很好；德国宇航院领导的IMENS项目[42]采用松耦合方法基于商业软件MPCCI集成CFD软件TAU和结构软件ANSYS，用于分析X38的C/SIC热防护结构的热力耦合问题，获得与试验较为一致的结果，并将其推广到气动热弹性和主动冷却结构分析领域.这些集中在热对流体-结构耦合影响的数值模拟工作充分显示数值模拟技术在工程上的作用.发展流体-热-结构耦合数值模拟方法的主要难点为不同求解器的集成，涉及到流体求解器、热求解器及结构求解器之间复杂的数据传递，如气动压力、结构位移和热载荷的传递方法自然成为关键技术.大型叶轮旋转机械叶片非线性气动弹性是典型的流固耦合问题.随着CFD和计算结构动力学(Computational Structural Dynamics，CSD)以及高性能计算机的发展，基于高精度物理模型的CFD CSD耦合数值模拟方法成为当前求解流固耦合问题可信度最高的方法之一.在CFD CSD耦合数值模拟中，气动模型采用欧拉方程或N S方程，而结构模型则采用有限元直接离散.所采用的模型比以往更能反映系统的物理本质，所以能较好地模拟气动非线性和结构非线性耦合导致的非线性气动弹性问题.虽然表达复杂流固耦合系统的偏微分方程可以通过CFD CSD耦合方法直接进行高精度的数值模拟，从而可以提供离散化流场变量的详尽时空信息，但是大型复杂系统数值模拟计算耗费巨大，针对单点状态的数值模拟方法很难直接应用于设计.因此，在20世纪90年代中期，为解决CFD CSD耦合数值模拟方法用于非线性气动弹性分析计算耗费太大的问题，在NASA和美国空军的资助下，以杜克大学DOWELL教授和NASA的SILVA等为代表的气动弹性领域的学者们提出基于CFD数值模型构造非定常流场降阶模型（Reduced Order Model，ROM）的想法.ROM能以相对较少的自由度（通常在几十阶或几百阶）描述原系统的主要动力学特性，在保留全阶高精度CFD模型可信度和高保真度的同时，计算量又不太大（几乎可以实时获得结果），且能方便地与其他学科模型进行耦合，并用于多学科耦合分析与优化设计.[46]ROM起源于美国，目前在欧洲（主要是英国、德国和法国）和亚洲（主要是中国、新加坡和韩国）也开始流行起来.近几年，陈刚等[4748]将平衡截断方法应用于传统时域POD/ROM，使得时域POD/ROM取得与频域POD/ROM相近的性能，并提出基于POD/ROM的气动弹性主动控制律设计方法；系统地研究基于CFD CSD耦合求解器的Volterra/ROM建模方法，并将其用于翼型、机翼和全机气动弹性主动控制律设计[4952].流固耦合系统的ROM技术为多学科仿真与分析提供强有力的工具，ROM自然被寄予厚望用于进行与流场相关的多学科优化与设计.然而，目前几乎所有的ROM方法包括系统辨识方法和特征模态方法都是数据驱动的经验模型，模型的精度高度依赖于构建ROM时流场的状态（如雷诺数、初始条件和边界条件等），对流场参数变化非常敏感，缺乏足够的鲁棒性.尽管ROM已经在很多领域展现出优良性能，但是现有降阶模型方法还远不能满足众多工程应用领域的要求，其内容还远未完善.在未来，需要发展更多保精度、保性能和保效率的高性能大规模复杂非线性系统的降阶模型方法.4 结束语高端装备制造业战略地位日益突出，为提高装备设计、制造和集成的能力，人们对CAE 的需求已不仅仅在于分析，完整的CAE技术涉及产品设计、分析、制造、服役和维护等全过程.面临如此挑战，CAE首先需具有装备在极端服役环境下准确的结构、流体和流固耦合分析技术，从而逐步向支持现代设计、全寿命周期管理转变.为此，CAE技术需不断突破面向工程应用的多物理场耦合、跨尺度分析、多学科综合设计、产品性能评估和集成等关键技术，丰富不同于计算数学和软件工程的分析理论和数值模拟方法.此外，CAE人才的培养也应该以产品全寿命周期的知识结构为主线。
cae在工程机械中的作用
cae在工程机械中的作用
CAE（计算机辅助工程）在工程机械中的作用非常重要。
以下是它在工程机械中的具体作用：
1.设计分析：CAE可以在设计过程中使用，帮助工程师进行强度、疲劳、稳定性等方面的分析，预测零件寿命和测量强度安全因数。
2.优化设计：CAE可以使用顶点和边界扫描法等方法优化问题局部的几何形状。
3.模拟生产流程：CAE可以模拟生产工艺中的各种流程，如注塑、铸造、锻造等，以预测热变形和冷却效果，并优化生产流程。
4.模拟操作环境：CAE还可以模拟操作环境，并预测机械在各种条件下的性能，如恶劣气候、高海拔、高温、高湿度等。
5.快速原型制作：CAE可以生成大量的3D模型，从而加快原型制作和测试的速度。
总之，CAE在工程机械设计和制造方面的应用是非常重要的，可以有效地提高生产效率和机械的质量和可靠性。
军事装备仿真技术的原理和应用
军事装备仿真技术的原理和应用军事装备是国家安全的重要保障。
其性能和效率的提升不仅需要人才和材料的改善，还需要先进的仿真技术来辅助工作。
本文将探讨军事装备仿真技术的原理和应用。
一、军事装备仿真技术的原理军事装备仿真技术是建立在计算机软件和硬件基础上的一种技术。
其原理是通过计算机模型对军事装备进行模拟，来检测其性能和效率。
军事装备的仿真可以分为三个部分：建模、运行和评估。
首先是建模，其目的是将装备的实际情况转化为数字模型。
数字模型是仿真的基础，其中包含了装备的具体参数和特征。
接下来是运行，即将数字模型传入计算机进行模拟。
模拟中，计算机会按照数字模型进行运算，并输出结果。
最后是评估，通过对结果的分析，来评估装备的性能和效率。
军事装备仿真技术还可以分为两类：物理仿真和虚拟仿真。
物理仿真是通过实验室或测试场等物理环境来对装备进行测试。
虚拟仿真则是将测试过程转化为数字模型，并在计算机上模拟运行。
虚拟仿真具有成本低、效率高等优势，因此在现代军事装备测试中得到广泛应用。
二、军事装备仿真技术的应用军事装备仿真技术可以应用于装备的设计、测试和维修等方面。
1.装备的设计装备的设计是使用军事装备仿真技术最初的应用方向。
仿真技术可以帮助设计师优化装备的参数和布局等设计细节。
在仿真中，设计师可以不断调整数字模型，观察模拟结果，从而找到最优解。
同时，仿真技术还可以在装备生产前进行测试和改进，提高装备的质量和稳定性。
2.装备的测试军事装备的测试是其重要的应用方向。
装备的测试需要耗费大量的人力、物力和财力。
而使用仿真技术进行测试可以节省成本，提高效率。
在测试中，仿真技术可以模拟各种环境和情境，对装备进行测试，检验其可靠性和稳定性。
同时，仿真技术还可以测试装备的性能参数，如速度、精度等，从而为装备的改进提供依据。
3.装备的维修装备的维修是军事装备仿真技术的又一重要应用方向。
军事装备的维修需要快速准确地定位问题，并加以修复。
使用仿真技术可以加快维修速度，降低维修成本。
仿真技术在武器装备研发中的应用
仿真技术在武器装备研发中的应用随着科技的不断发展，仿真技术日益成为武器装备研发过程中不可或缺的一环。
仿真技术通过虚拟环境模拟武器装备的运行、实现性能评估，提高了研发效率，降低了研发成本。
本文将从模拟战场、虚拟试验、仿真训练三个方面，探讨仿真技术在武器装备研发中的应用。
一、模拟战场传统武器装备的研发测试需要在真实环境下进行，存在很多不确定因素，比如天气、地形、人为因素等。
而仿真技术可以通过建立虚拟战场，实现对环境的控制，规避以上不确定因素的影响，从而提高测试的可重复性和准确性。
例如，某艇艏传动系统的研发测试需要在海上进行，但在海上受到天气的影响，很难控制各种其他因素。
而通过建立艇模型，加入虚拟风、虚拟波浪等环境元素，可以在虚拟环境下对传动系统进行测试。
这不仅可以改善测试环境，减小测试风险，还可以提高测试效率，缩短测试周期。
二、虚拟试验仿真技术在武器装备研发中还可以应用于虚拟试验。
传统试验需要制造试验样机，进行试验验证，这不仅制造成本高昂，而且试验时间长、结果不确定。
而通过建立数值模型，运用仿真技术，可以实现虚拟试验，更好地探究武器装备的性能。
例如，某行进式坦克的装甲板需要耐穿透且不破碎，传统试验需要用实弹进行射击试验，而用仿真技术进行虚拟试验可以减少实弹的使用，减小试验风险，同时还可以探究装甲板在不同威胁下的耐久性并进行仿真预测。
三、仿真训练仿真技术在武器装备研发中还可以应用于仿真训练。
传统的装备训练往往需要真实装备，这不仅制造成本高昂，而且具有高风险。
而通过虚拟环境进行仿真训练，不仅缩减了训练成本，而且保证了训练的安全性，同时还可更好地掌握操作技能和战术技能。
例如，某特种部队进行山地侦察任务，一般需要在实际山地进行训练。
而通过仿真技术建立虚拟山地环境，可以模拟不同地形、不同天气、不同情况下的山地侦查任务，从而更好地掌握技巧，提高训练效果。
总之，仿真技术在武器装备研发中的应用前景广阔，有效提高了研发效率和准确性，降低了研发成本和测试风险。
面向武器装备系统的建模与仿真技术研究
面向武器装备系统的建模与仿真技术研究随着科技的不断进步和人类社会的不断发展，现代武器装备系统也越来越复杂，对其的研究和发展成为了现代军事建设的必要条件。
然而，为了更好地研究和理解这些复杂的武器装备系统，需要一种高效精确的手段来对其进行建模和仿真。
本文将探讨面向武器装备系统的建模与仿真技术研究，介绍现代武器装备系统的特点，以及建模和仿真技术在武器装备系统中的应用。
一、现代武器装备系统的特点现代武器装备系统具有以下几个特点：1. 复杂性：现代武器装备系统通常由多个子系统、多个模块组成，而这些子系统和模块之间通常相互关联。
这种复杂性导致了系统的设计、开发和测试难度大，因此需要利用建模和仿真技术来简化这种复杂性。
2. 动态性：武器装备系统通常是动态的，包含了随时间变化的状态。
这些状态可能由外部环境的变化、系统内部的交互和其他因素导致。
因此需要使用建模和仿真技术来预测和管理这种状态。
3. 安全性：武器装备系统涉及到军事力量和国家安全，在使用和部署期间需要保证安全性。
这不仅包括硬件安全性、软件安全性，还包括数据安全性和通信安全性等方面。
因此需要建立可靠的仿真模型和系统。
4. 隐私性：武器装备系统通常具有一定的隐私性，包括技术、信息和数据方面的机密性。
因此需要建立隔离保密的仿真环境，保证技术和信息的安全。
二、建模和仿真技术在武器装备系统中的应用建模和仿真技术在武器装备系统中的应用主要包括以下几个方面：1. 设计和开发阶段的仿真：在武器装备系统的设计和开发阶段，建模和仿真技术可以用来进行系统的建模和分析，以评估系统的性能、可靠性和安全性等。
通过建立仿真模型，可以预测系统在不同条件下的行为和运行情况，为系统的优化和改进提供参考。
2. 测试和验证阶段的仿真：在武器装备系统的测试和验证阶段，建模和仿真技术可以用来进行系统的测试和验证，以评估系统的性能、可靠性和安全性等。
通过建立仿真模型，可以模拟系统的行为和运行情况，比较仿真结果和实际测试结果，以验证系统的正确性和完整性。
国防CAE软件应用调查报告简介
国防CAE软件应用调查报告简介CAE，即“计算机辅助工程”，主要指用计算机对所设计的产品的功能、性能与可靠性等进行计算和优化设计，对未来的工作状态和运行环境进行模拟仿真，并优化设计方案，以证实未来工程产品的实际性能。
CAE可以用于静/动力学分析、流体力学分析、振动/弹性分析、热传导分析、噪声分析、辅助实验设计和虚拟样机制造等方面，并为上述领域的工作带来革命性的变化。
目前，CAE工具已成为工程师们基本的工作手段,很多领域已是必须依靠CAE才能有效工作，例如在航空领域中，由于对产品高性能和高可靠性的需求，因此对CAE 仿真平台也提出了更高的要求，航空企业迫切需要通过高性能的仿真平台对不同部件进行系统开发,以便在设计的初期阶段就可以对系统关键属性进行仿真分析。
本次调查以问卷形式，面向CAE软件供应商、相关领域用户和相关研究机构3个方面展开。
在CAE供应商方面，主要面向在国防领域有较多应用的供应商，如：安世亚太、ANSYS、ABAQUS、MSC、LMS、ESI、SAMTECH、DS、Altair、Solidworks和紫瑞CAE等；相关领域用户主要有：航空制造工程研究所、南京液压机电研究所、第一飞机设计研究院、沈飞集团、齐二机床集团、航天一院、航天五院等；研究机构主要有清华大学、北京航空航天大学、上海交通大学和中科院软件所等。
调查对象随着CAE技术的发展，早在产品开发阶段企业就可以应用CAE有效地对零件和产品进行仿真检测，确定产品和零件的相关技术参数，发现产品缺陷、优化产品设计，并极大地降低产品开发成本。
在本次调查中，调查对象主要是CAE软件供应商、国防领域某些用户和相关科研机构，调查对象分布如图1所示。
在被调查的软件供应商中，绝大部分都来自国外，而且用户所应用的CAE软件也大都是国外品牌，极少采用国产CAE软件。
CAE软件种类及分析类型调查结果显示，有67%的受调查者使用CAE软件进行结构分析，因此结构分析成为CAE 分析的主要部分。
CAE仿真技术在大型装备制造行业的应用
CAE仿真技术在大型装备制造行业的应用CAE技术得到国内外各大科研院所和公司的广泛应用，在提高产品质量和建立产品开发能力方面，提供极大帮助。
CAE技术可以为大型装备的设计与制造提供涉及流场、结构、热、冲击碰撞、爆炸等各种分析仿真功能，改善了产品质量、加快研发历程，并可以取得良好的经济效益。
CAE技术对重大装备的设计及制造的作用是明显的。
其作用包括：•提高设计速度，减少设计成本；•增加产品和工程的可靠性；•在产品的设计阶段发现潜在的质量问题；•经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料的消耗或成本；•经过分析计算，能够精确的预测出产品的性能，并优化重大装备的操作性能，降低操作能耗；•缩短产品投向市场的时间；•模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验时间和经费；•进行机械事故分析，查找事故原因。
•在精确的分析结果下制造出高质量的产品因此，在国内外的大型装备设计与制造中，CAE已经作为产品设计与制造流程中不可逾越的一种强制性的工艺规范加以实施，在生产实践作为必备工具普遍应用。
主要应用在如下几个方面：1、大型装备的刚度、强度分析刚度和强度分析作为装备设计和制造的基础，需要经常计算分析，包括各种零部件的刚度、强度分析，以及装备整体的刚度强度分析。
而随着大型装备的复杂性的提高，以及工作环境的多变，大量的计算不得不借助于CAE技术来辅助。
以ANSYS Mechanical为平台，分析各种大型装备总体结构及其零部件在自身重力载荷、恒定工作载荷等的(共同)作用下的变形特点和变形值、应力分布等，在此基础上进行改进，从而避免某些局部由于过大的应力集中而损坏。
某机床体的变形分析机床系统应力结果2、大型装备的结构抗震与振动性能分析大型装备在工作过程中通常会承受各种各样的动力载荷，比如，挖掘机挖掘过程中的瞬态冲击、工程机械在复杂施工条件下的运行等。
同时，大型装备由于体积和质量都较大，往往都是直接固定在地面上。
在装备运行的过程中，如果设计不好。
CAE-工业品-战斗部相关的仿真分析应用
设计方案优化
设计方案优化
– 坦克车辆 – 火炮系统 – 发动机 – 弹箭 – 光电 – 导航 – 火药
坦克车辆系统
坦克车辆结构静动力/线性非线性计算
✓ 坦克车辆的强度与刚度分析（各个零部件系统，全系统） ✓ 坦克车辆的非线性分析（动力传动系统/装配连接接触等） ✓ 坦克车辆的多体动力学分析 ✓ 坦克车辆的模态/响应/减振降噪分析 ✓ 坦克车辆的疲劳断裂 ✓ 坦克车辆的优化设计 ✓ 坦克车辆防护系统设计
兵器疲劳分析
基于疲劳试验的疲劳分析技术 基于有限元分析计算的分析技术 全面疲劳算法 复杂的疲劳载荷谱
焊缝疲劳
焊接疲劳安全系数分布云图
整பைடு நூலகம்路谱疲劳分析结果
兵器气动分析
先进的计算方法 – 精度 – 收敛
丰富的物理和湍流模型 计算速度提高 耦合计算
兵器电磁分析
天线设计 天线布局 EMC/EMI分析 雷达散射截面（RCS）计算
雷达轴线瞄准 时，兵器上的 表面流分布
兵器战斗部爆炸分析
模拟流体、气体及固体在高速冲击或极限载荷条件下的响应及 耦合分析
应用于弹道学、战斗部设计、穿甲、爆轰、水下爆炸等问题的 分析研究
兵器加工工艺仿真
钣金成形仿真旨在为钣金成形工艺分析提供一整套全面的解决方案。
工艺性评估 坯料设计 模面设计 试模过程
兵器使用过程（续）
讲解目录
兵器仿真总体目标及应用案例 – 系统运行稳定 – 设计方案优化
兵器仿真解决方案
兵器CAE应用方向
MCAE
– 结构刚度、强度分析，优化设计 – 模态及动力特性分析 – 抗外界冲击分析
CFD
– 空气动力特性分析 – 电子设备加热
CEM
设计与仿真技术在工业制造中的应用
设计与仿真技术在工业制造中的应用在当前高科技的时代，工业制造面临的挑战是如何提供高效、可持续和经济的制造过程，同时确保生产出的产品符合质量标准和客户的要求。
这就需要应用设计和仿真技术进行必要的优化和改进，提高生产效率、降低成本和减少错误率，使得工业制造变得更加智能和高端化。
本文将介绍设计与仿真技术在工业制造中的应用，并探讨其优点和挑战。
一、CAD/CAM/CAE的应用CAD/CAM/CAE是工业制造中最常用的设计和仿真技术。
CAD （computer-aided design）是计算机辅助设计的缩写，它是一种数字化的设计技术，可以帮助设计师在计算机上绘制模型图，并对其进行编辑和修改，从而快速创建生产环境所需的元件、产品和装配图。
CAM （computer-aided manufacturing）是计算机辅助制造的缩写，它是一种数字化的制造技术，可以将CAD中的3D模型转化为机器代码，实现工具路径生成、工件加工和自动化控制。
CAE（computer-aided engineering）是计算机辅助工程的缩写，它是一种数字化的工程仿真技术，可以对CAD模型进行模拟分析和优化，包括应力分析、热力学分析、振动分析等。
使用CAD/CAM/CAE技术可以大大简化设计过程，提高设计效率和准确性。
多年以来，工业制造一直在依靠手工绘图和样品制作来开发产品，这需要大量的时间和成本。
现在，借助CAD/CAM/CAE软件，生产商可以根据主管、采购人员、设计师和客户提供的信息在计算机中自由设计和构建产品。
此外，CAD/CAM/CAE还允许对设计进行多次修改，实时更新，改进和优化，以适应市场需求和追求技术创新。
二、流程仿真流程仿真是一种以模拟和模型验证生产过程为目的的仿真技术，它主要用于识别和解决制造中的瓶颈和难点。
流程仿真是基于计算机模型来评估未来生产品质和进度的通用方法。
这种技术不仅能够分析各个阶段的时间与成本，更能够模拟和预测生产的需求与能力，从而确定最佳的工艺流程，使得产线运转更加合理、工艺效率更加高效。
CAE仿真技术在装备管理中的应用
Ｃ Ａ Ｅ 仿 真技 术在装备 管理 中的应 用
李 树春 ，杨少波 ，周江涛 （ 北京７ ２ ２ ０ 信箱 摘 北京 ，１ ０ ０ ０ １ ２ ） 要 ：由于越来越多 的计算 机辅 助工程 （ Ｃ Ａ Ｅ）软件在 多学科领域的逐渐推广 ，使得 应用 Ｃ Ａ Ｅ仿真技术指导装 备研
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ． Ｏ １ ． ２ １
１１ ８
源和任务 调度 工具 ，并能与设计 、试验 等外部系统集成 ，实现
互联 互通 ，形 成协 同研发环境 。总之 ，通 过协 同仿真可 以为科
研 单 位 带 来 创 新 动 力 ， 更有 效地 推 动 装 备 研 制 成 功 。
ｇ ｒ ｅ ｅ ｏ ｆ ＣＡＥ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｈｅ ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒｃ ａ ｈ ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ； Ｃｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ － Ａｉ ｄ ｅ ｄ Ｅｎ ｇ ｎｅ ｉ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ； Ｃｏ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ａ ｔ ｅ ｄ Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
２ Ｃ ＡＥ仿真技术的应用 ２ ． １ 在装备 专业方面应 用的仿 真软件
《 自动化 与仪器仪 表１ ２ ０ １ ３ 年第 ３ 期（ 总第 １ ６ ７ 期）
由于装备系统 的复杂度越来越高 ，并且 对装备 的开发 周期 和 列装时 间要求越 来越短 ，这使得利用 计算机辅助手段有 效缩
面评估和分析 。 装 备 设 计 分 析 工 作 同 时 也 带 来 ＣＡ Ｅ软 件 异 构 问题 ， 这 将 导 致 不 同行 业 的 工 程 技 术 人 员 在 学 习使 用 、 技 术 交 流 、数 据 共
CAD技术在军事装备设计与制造中的应用与创新
CAD技术在军事装备设计与制造中的应用与创新随着科技的不断进步和军事装备的不断更新换代，CAD技术在军事装备设计与制造中发挥着越来越重要的作用。
CAD（Computer-Aided Design）即计算机辅助设计技术，通过计算机软件实现对产品的数字化建模和仿真，极大地提升了军事装备的设计效率和质量。
本文将探讨CAD技术在军事装备设计与制造中的应用与创新。
一、CAD技术在军事装备设计中的应用1. 三维建模与可视化CAD技术能够对军事装备进行三维建模，使设计师能够直观地观察到产品的外观和内部结构。
通过CAD软件的可视化功能，设计师可以进行全方位的观察和评估，及时发现并解决潜在的问题。
此外，三维建模还能够帮助军事装备设计人员进行装备性能和机动性仿真，提前预测和验证装备的性能指标，优化设计方案，减少试制成本和时间。
2. 工程图纸绘制和修改传统的手绘工程图纸需要大量的时间和精力，而且容易出现错误，增加了工程师的负担和设计周期。
而CAD技术能够快速、准确地生成工程图纸，并且能够随时进行修改和更新。
设计师只需对模型进行相应的修改，CAD软件就能够自动生成新的图纸，大大提高了工作效率和准确性。
3. 装配与碰撞检测军事装备通常由众多的零部件组成，装配过程复杂且容易出现碰撞等问题。
CAD软件可以通过装配模块对零部件进行装配操作，并自动检测碰撞等冲突。
这样，设计师可以在实际制造前发现并解决可能出现的问题，确保装备的正常运行和安全性。
二、CAD技术在军事装备制造中的应用与创新1. 数控加工技术数控加工技术是CAD技术在军事装备制造中的重要应用之一。
通过将CAD软件中的设计数据与数控机床相连接，可以实现自动化的数字化加工。
这种方式不仅提高了加工效率和精度，还能够减少加工中的人为错误和物料浪费。
此外，数控加工技术还具有批量生产的优势，适用于大规模军事装备的制造。
2. 虚拟化制造技术虚拟化制造技术是CAD技术在军事装备制造中的创新应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2006年用户年会论文CAE仿真技术在兵器行业中的应用李瑞英茹丽妙中国兵器工业集团系统总体部[ 摘要 ] 阐述了应用ANSYS为代表的有限元CAE仿真技术对兵器行业发展的推动作用，介绍了有限元CAE仿真在兵器行业的主要研究内容和典型应用案例，并总结了常见的兵器结构仿真关键点，最后提出了该领域存在的一些问题和发展思路。
[ 关键词]有限元；兵器；仿真；发展Application of finite element analysis of war industryLi ruiyingNorth China System Engineering InstituteRu limiaoNorth China System Engineering Institute[ Abstract ] With regard to the structure characteristic of war industry heavy vehicles frame, the development of finite element method is discussed detailedly, and the major researchdirection of the structure analysis of frame by finite element method is introduced. In the endsome existing problems in this field are put forward.[ Keyword ] finite element method; war industry ; simulation; development1前言兵器科学技术的发展凝集着人类的智慧，每个时代的兵器都代表着当时的科技水平。
20世纪后，兵器发展进入了现代兵器时代。
现代兵器是更加复杂、性能优良的高科技武器系统。
兵器科学技术，已经逐渐形成了以空气动力学、爆炸力学、理论力学、材料力学、弹道学、电子学、光学、化学等等学些的综合性学科。
常规兵器行业包括以下几类结构与产品：坦克、装甲车辆行业，火炮行业，轻武器行业，弹药行业和军用光电、电子行业。
常规兵器工业的发展趋势呈现以下特点：1．常规兵器工业将会继续进行结构调整，制造技术和加工手段将日益精良；2006年用户年会论文3．常规兵器科研和生产领域的国际合作将不断加强，各国军品出口政策将更加灵活，世界军火市场的竞争将更加激烈；计算机辅助工程(CAE)技术，可以替代大量的传统物理试件和试验，可以帮助设计者更快捷更容易地判断兵器产品的功能、性能及各种战术指标的满足情况。
CAE也可以帮助决策者在兵器产品设计早期，依据科学预测和数值分析提高设计的决策水平和能力。
通过引入CAE技术到兵器设计中，可以获得以下效益：1．CAE仿真可有效缩短新产品的开发研究周期，大幅度地降低产品研发成本2．虚拟样机的引入减少了实物模型的试验次数，能够精确的预测出产品的性能和战术指标，以设计出高质量的产品3．可以在研制初期阶段就发现方案中可能存在的不合理现象，及早发现问题4．各用户 ( 包括武器装备的研制部门、采购部门、训练部门和军事使用部门 ) 可在合成环境中按需要综合应用各种仿真手段进行演习、训练和试验，鉴定现有的和研制中的武器装备的性能、战术部署和后勤保障。
因此，现在在武器装备研制生产过程中，已规定将仿真系统列为必需的装备。
2CAE仿真在兵器行业的主要研究内容及关键技术建国以来，我国的兵器装备的发展是沿着引进—仿制—改进---创新的路线发展的，伴随着这一发展主线，该行业的研究人员所做的工作也由基础分析、简单分析计算过渡到复杂分析、系统分析。
兵器行业相关的科研院所和国内一些高校尤其在近几年做了不少工作。
随着常规兵器行业的飞速发展与日趋成熟，世界上很多国家在兵器行业投入的预研人员与装备也日趋精良和先进。
我国在大型仿真软件方面的发展相对还比较落后，仿真技术工作主要借助于国外的软件来进行。
就目前国内外CAE软件现状而言，ANSYS公司作为全球CAE领域主要领导者之一，为兵器工业中的坦克、车辆、火炮、枪械、弹药等产品的设计与仿真提供涵盖诸多领域的强有力的设计工具，可以说是提供了最为全面的兵器工业CAE解决方案。
2.1兵器工业主要CAE仿真内容及典型应用：常规兵器中，以火炮、坦克、轻武器以及弹药为主要内容，对于每个产品的研制，都可以利用ANSYS仿真来帮助设计人员预测产品性能和战技指标。
2.1.1弹药及其战斗部仿真。
为了适应现代战争需要，弹药需要具备：精确打击能力、远程压制能力、高效毁伤能力等性能。
ANSYS系列软件包含了弹体强度与刚度分析、电子信息系统EMC/EMI分析、内外弹道的流体动力学分析、终点效应学的显式动力学分析等等弹药和战斗部设计的主要领域，主要解决弹药的射程、威力、精度三大问题。
典型应用案例如下图等：2006年用户年会论文另外，如气动加热下导弹弹体温度场有限元分析，导弹弹体动力响应有限元分析，装甲材料侵彻试验的数值仿真研究，散姿态可控离散杆战斗部数值算法研究，超声速半穿甲战斗部侵彻过程数值仿真，定向战斗部数值计算研究，钨合金空心弹体垂直侵彻间隔靶过程数值模拟研究等，现在均可以通过CAE 仿真技术较好的实现预研和评价。
2.1.2 坦克装甲车辆的结构刚强度分析。
火力、机动、防护，是坦克装甲车辆最主要的性能指标。
作为坦克装甲车辆主体结构的车体，不仅是防护的主要部件，也起着承担设备重量、承受行驶和发射时载荷的作用。
通常车体为了减重和保证刚度，都做成薄壁板筋件＋加强筋的结构形式，且焊缝很多。
对2006年用户年会论文于炮塔，其孔口多、受力大、而且处于最易被击中的位置，且座圈支撑的刚度有限，因此炮塔的设计也较为复杂。
在设计中，为了满足战技指标，需要通过ANSYS等有限元分析工具，对结构总体的强度、刚度、动态特性进行分析，并且对局部结构如焊缝、孔洞、开窗等处进行详细的刚强度分析。
特别是近年来很多车体和炮塔的设计均要求进行动态分析，考虑车辆行驶过程中和射击过程中的结构动态响应特性，更准确的为设计提供参考依据。
ANSYS瞬态动力学分析功能包括隐式和显式两大部分，为动态设计提供了全面的解决方案。
2006年用户年会论文通过CAE 仿真技术，对坦克装甲车辆的主要结构——车体部分进行刚度、强度计算和分析，可以实现概念设计或方案设计阶段对壳体刚强度的校核，同时能实现优化设计和减重目标，为设计决策人员提供很好的参考依据。
2.1.3 坦克装甲车辆及火炮等兵器的关键部件有限元分析。
坦克装甲车辆通常有武器系统、推进系统、防护系统、通信系统、电气系统等组成。
对于其中的关键零部件，需要在预研和概念设计阶段，进行分析和仿真，为设计提供参考。
典型应用案例如下：图2.5 为某兵器研究所利用ANSYS 完成的火炮身管螺纹配合的强度详细分析与计算。
通过ANSYS 接触非线性计算，找到螺纹配合身管薄弱部位，并加以设计改进。
2006年用户年会论文其它典型应用如平衡肘刚强度分析，闩体曲臂肘分析，火炮药筒抽筒力的数值模拟，炮闩刚强度分析，发动机支座刚强度分析，履带板动态响应分析，炮口冲击波对车体顶甲板及附近结构冲击的动态有限元分析等。
通过这些关键部件的分析，进行相应的结构改进设计，能够解决试验中出现的问题，满足军方指标要求。
实际上，在我国一些大型在研项目中，通过ANSYS软件对关键零部件进行分析，确实解决了一些关键问题。
3结论3.1兵器结构仿真分析类型小结：3.1.1结构静力学刚强度有限元分析为了适应机动性、灵活性的战争特点，新式的坦克装甲车辆和压制武器多为薄壳装甲结构，然而，众所周知，战争的阵地多数情况下是不容选择的，而且多是路况很差，而武器又要满足精度的要求，这样一来，对薄壳装甲的刚强度要求就显得尤为重要，采用ANSYS 软件进行静态刚强度校核，就可以很好地解决这个问题。
3.1.2结构模态有限元分析武器装备在满足静态刚强度的基础上，还要进一步考虑其动态性能。
通过结构模态有限元分析，可以得到结构的固有频率和振型，从而能够有效避免共振，降低噪声，减轻冲击振动对结构的损坏。
准确的有限元模型是确保计算结果正确的关键。
但由于实际情况的复杂性，使得有限元模型必须做很多简化，这便会产生误差。
校正模型以及检验模型的正确性，就必须借助于模态试验。
3.1.3结构动响应有限元分析仅仅把静态刚强度作为结构刚强度衡量的唯一准则，已不能满足结构设计的要求。
通过有限元动态分析方法求出整车的动态特性模型及参数，从而预估动态特性响应。
为结构设计提供更加全面的理论分析参考，当然，结合试验的进行，能够使得计算更有说服力。
2006年用户年会论文3.2兵器结构CAE仿真现状及建议：随着常规兵器产品的发展趋势，轻量化和降低成本要求的日益迫切，对薄壳装甲进行合理的设计，改善结构强度，发挥结构的最大功效，已经变得越来越重要。
在最近几年，尤其是最近2至3年，在兵器行业越来越重视概念设计和方案设计阶段进行有限元分析的积极作用，使得好多问题早暴露，早解决，从而节约了研制成本，缩短了研制周期，提高了产品质量。
同时，这对结构CAE仿真也提出了更加严格的要求。
如何提高CAE仿真预测的分析精度，保证计算结果的可信度，已成为我们关注的最重大的课题。
这些问题，有待于国内各研制单位今后进一步解决，如下：1．如何建立合理的物理模型来描述实际问题，如结构的受载情况、结构真实的材料特性、接触参数选择和焊接的处理等。
2．结构加工制造过程的模拟，如身管的预热处理、成型加工引起的残余应力等。
3．现在能够进行有限元分析的软件很多，各有优缺点，怎样将各个软件进一步完善，以及很好地解决与CAD的接口问题及软件之间的数据共享，值得大力研究4．有限元分析离不开有效的试验数据支持，由于经费等多种原因，国内兵器行业积累的原始数据还远远不够支撑有限元分析，希望有关部门能给以重视和支持。