飞机设计中的有限元分析需求——Abaqus在航空工业中的应用
ABAQUS在机载机柜结构设计中的应用
ABAQUS在机载机柜结构设计中的应用摘要：应用有限元分析软件ABAQUS对某机载环境下的电子机柜在设计阶段进行动力学分析，验证机柜结构设计的合理性，确保机柜结构强度满足安全使用要求，发现机柜结构的薄弱区域，防止由于设计不合理导致电子机柜在机载环境下使用过程中存在安全隐患。
使用ABAQUS分析可提高机柜设计的可靠性，缩短开发周期。
关键词：机柜；结构；ABAQUS；0 引言机载机柜用于某型飞机试飞过程中监控数据和图像的平台。
在飞机运动过程中，振动、冲击、离心力等复杂的工况容易导致机柜结构出现损伤、导致电子设备失灵、失效，严重时会影响试飞的安全。
其中危害最大的是振动和冲击。
在设计阶段除采用隔震器进行振动、冲击隔离之外，机柜结构的刚度及固有频率满足机载环境的特殊要求，保证机柜能正常的工作。
使用ABAQUS对机柜行进动力学的仿真和分析，根据分析结果对机柜的结构进行优化设计。
1 模型导入机柜由框架、侧板、后门板、顶板、托盘等通过焊接、螺栓连接、连杆锁等方式组装而成。
主体框架为2mm钢板折弯焊接加工而成，侧板、后门板、顶板为2mm铝板，托盘为2.5mm铝板。
机柜用槽型梁与底板连接，槽型梁是通过地板导轨的连接孔，用滑轨螺母固定在飞机地板导轨上。
机柜框架焊接有立柱，立柱有模数孔，可用于固定托盘，托盘能够上下调节，单层称重＞30kg，满足不同高度的使用。
机柜底板有加强筋，能够保证隔振器的安装强度，机柜在受到振动、冲击情况下不变型。
建立有限元模型是进行力学分析的基础。
本文机柜的三维模型采用Creo2.0建立后，在转化为STP格式后导入到ABAQUS/CAE中。
机柜主框架作为承受振动冲击的主要载体，其结构强度决定了机载机柜结构强度能否满足实际的工作环境。
在导入机柜模型到ABAQUS/CAE之前，为保证分析结果的准确，减少有限元模型的单元数量，机柜框架作为主要的受力部件，测试设备都通过托盘装配在机柜框架上。
在导入机柜模型时将机载机柜的左右侧板、顶板隔板等从模型中删除，在导入到有限元软件中，简化模型，提高力学分析的效率。
SIMULIA的Abaqus FEA助力EADS设计出更环保更清洁的飞机
SIMULIA的Abaqus FEA助力EADS设计出更环保更清洁的飞机作者：simulia可持续飞机设计理念开始风行欧洲航空研究咨询委员会（ACARE）在2001年发布的一份报告中提出了要降低航空业对环境影响的目标；于是，欧洲航空航天领域的领军企业——欧洲宇航防务集团（EADS）及其业务部门和行业合作伙伴积极投入到“更环保、更清洁”的商用飞机的研制中。
如果降低飞机的重量，提高燃油利用效率并延长飞行距离，就不难实现ACARE提出的目标：飞机燃油消耗节省50%，二氧化碳排放量降低50%，氮氧化物排放量降低80%。
要实现这些目标，可以采取这样的策略：用创新型复合结构来取代先前使用的金属部件。
Tamas Havar博士是位于德国慕尼黑附近的EADS创新工作中心的专家，他与其团队承担了利用合成材料研发新型飞机结构的任务。
该项目由德国第二大空客制造工厂——位于不来梅的Airbus High-Lift Center领衔，并由EADS的多个业务部门联合研究。
Havar博士指出：“我们当前的分析计划要实现的目标是，集中力量进行创新型复合设计以及制造方法，进而降低排放量和制造成本。
”在复合航空结构的设计过程中，一个关键因素是如何把各个部件联结到飞机周边结构上。
目前采用的高扬程（high-lift）复合结构（比如，阻力板）往往利用的是金属负荷引入结构（metal load introduction structure）来保持与机翼的连结。
这些结构，再加上故障安全设计，一并加大了飞机重量，且提高了制造成本；此外，在相连接的金属及合成部件之间还存在着热膨胀系数方面的差异。
另一方面，如果一个线板出现故障，其它完好的线板则会做以补充，所以，复合负荷引入结构（composite load introduction structure）具备实现容损设计（damage tolerance design）的空间。
同时，由于高扬程结构和负荷引入结构均由相同的复合材料制成，因此复合材料的使用还可消除热负荷可能带来的麻烦。
航空器复合材料胶接接头设计(ABAQUS-XFEM)
摘要复合材料结构的连接形式主要分为胶接和机械连接，随着复合材料在航空航天领域的广泛应用，胶接因其在复合材料结构连接中的优良特性日益受到结构设计人员的青睐，具有连接效率高、结构轻、抗疲劳、密封性好等优点。
然而胶接设计也具有很大的挑战性，在结构强度计算中，胶接连接接头部位一般为危险部位，需要重点校核。
所以，对复合材料胶接接头的设计分析是十分必要的。
本选题利用成熟的有限元商用软件ABAQUS，使用XFEM（扩展有限元法）对胶层和复合材料层的应力场等进行分析。
通过分析计算这些应力，同时应用相应的失效准则，进而可预测初始裂纹的扩展与否及扩展的长度，为胶接接头设计的选择提供必要的依据。
在文章中，讨论了胶接长度、胶层厚度和初始裂纹的位置对裂纹扩展的影响。
通过对仿真结果的分析，提出了减小胶接长度和胶层厚度的观点，指出裂纹易于产生及扩展的区域，对胶接接头的设计进行了优化。
胶接接头的优化设计对拓宽复合材料在飞机结构上的应用范围，进一步减轻结构重量、提高疲劳性能和降低制造成本具有重要的工程使用价值。
关键词:复合材料板胶接接头扩展有限元裂纹扩展AbstractThe joint methods of composite structure contain cementing and mechanical connection.. With the use of composite in the field of aviation increased a lot in recent years for its high strength and lightness, the cementing is increasingly favored by the structure design staff for its excellent characteristics in the connection field of composite structure. The characteristics are high ligation efficiency, light structure, antifatigue and good sealing. However, glued design also has a great challenge. In the structural strength calculations, glued joints are generally connected to dangerous parts and need to focus on checking. Therefore, the design and analysis of composite bonded joint is very necessary.The topic use the sophisticated and commercial software -ABAQUS, in the field of finite element, and use XFEM ( extended finite element method ) as the foundation to analysis the stress field of bonding layers and composite layers. By analyzing and calculating these stresses, while applying the appropriate failure criterion, we can predict the initial crack extension and the length of the expansion. In this way, it can provide the necessary basis for the design of bonding joints. In the article, we discussed the impact of the bonding length, layer thickness and initial crack location on crack propagation. Through the analysis of simulation results, we presented two standpoints of reducing the length of bonding joint and the thickness of adhesive. Besides, we pointed the areas where cracks are easy to generate and expand. Optimal design of adhesive joints in composite materials has important engineering value to broaden the scope of application of the aircraft structure and further reduce the structural weight, improve the performance of fatigue and reduce manufacturing costs.Keywords:Composite plates, Adhesive joints, XFEM, Crack extension目录摘要 (I)Abstract ....................................................... I I 目录.......................................................... I II 第一章引言.. (1)1.1导言 (1)1.2胶接连接 (2)1.2.1 简介 (2)1.2.2胶接连接应当注意的问题 (3)1.2.3胶接连接研究现状 (3)1.3 胶接接头 (4)1.3.1胶接接头简介 (4)1.3.2胶接接头的基本形式 (5)1.3.3胶接接头的破坏模式 (6)1.3.4胶接接头处可能出现的裂纹及其影响 (7)第二章复合材料损伤和胶接连接的力学模型 (8)2.1导言 (8)2.2复合材料层板强度预测 (8)2.3复合材料和胶层断裂准则 (10)第三章利用ABAQUS建立复合材料胶接接的有限元模型 (13)3.1扩展有限元方法和工程软件ABAQUS简介 (13)3.1.1传统有限元方法 (13)3.1.2扩展有限元方法及基本原理 (14)3.1.3ABAQUS简介 (15)3.2利用ABAQUS建立复合材料板胶接模型的过程 (16)3.2.1几何模型的建立和约束条件 (16)3.2.2材料属性 (17)3.2.3定义接触 (19)3.2.4 对于XFEM定义 (19)第四章基于裂纹扩展分析的单面搭接接头设计 (21)4.1复合材料胶接接头在纵向载荷下的受力分析 (21)4.2不同搭接长度下胶接接头的裂纹扩展情况 (23)4.2.1搭接长度为15mm的情况 (23)4.2.2搭接长度为10mm的情况 (25)4.2.3搭接长度为20mm的情况 (26)4.2.4不同搭接长度下裂纹情况的对比及结论 (28)4.3不同胶层厚度下胶接接头的裂纹扩展情况 (29)4.3.1胶层厚度为0.1mm的情况 (29)4.3.2胶层厚度为0.2mm的情况 (31)4.3.3胶层厚度为0.3mm的情况 (33)4.3.4不同胶层厚度下裂纹情况的对比及结论 (34)带五章基于裂纹扩展的斜面搭接接头设计 (37)5.1斜面搭接接头在纵向载荷下的受力分析 (37)5.2不同裂纹位置下胶接接头的裂纹扩展情况 (38)5.2.1选取的三种不同裂纹位置 (39)5.2.2裂纹的扩展情况 (40)5.2.3三种情况对比及结论 (42)5.3单面搭接和斜面搭接情况的对比 (43)第六章全文总结及展望 (46)6.1全文总结 (46)6.2展望 (47)致谢辞 (49)参考文献 (50)第一章引言1.1导言复合材料作为一种新材料，在最近的半个多世纪中飞速发展，由于复合材料采用纤维加强结构，使得复合材料具有比重小、比强度和比模量大的特点，并且由于采用的是铺层结构，制造过程简单，容易成型。
ABAQUS在航空制造有限元模拟中的应用
航空制造解决方案Solu tion for Aeronau tical Manufactu ring53航空制造技术２００５年第１２期初期设计数字模拟（ＡＢＡＱＵＳ）加工制作修改模具冲压成形制作模具（软质材料）冲压成形修改模具制作模具（硬质材料）修改设计方案数字模拟（ＡＢＡＱＵＳ）引入ＡＢＡＱＵＳ后某型号汽车车门的设计流程成形技术是航空制造业中的一个重要领域，当前，航空工艺正朝着高新技术的方向发展，越来越多的公司在研发、制造过程中开始注重仿真技术的应用。
采用ＡＢＡＱＵＳ进行仿真模拟的目的是：（１）节约开发成本；（２）加快研发速度；（３）提高产品质量。
ＡＢＡＱＵＳ还可以针对不同操作系统（Ｕｎｉｘ，Ｌｉｎｕｘ， Ｗｉｎｄｏｗｓ）进行单机或多机并行运算，节省更多运算时间。
以ＡＢＡＱＵＳ某汽车用户的车门设计为例，传统设计流程的主要设计、加工成本为：（１）软质模具的设计和加工成本为２０万美元；（２）初期生产并修改模具的周期一般不低于１２周；（３）硬质模具的设计修改和加工成本为７５万美元；（４）最后产品试生产、模具方案的定型、试生产、修正生产流程直至正式生产的周期一般为８～９个月。
其中，硬质模具的设计费用包含在前期软质模具设计费用之中，后期只计算修改模具设计的费用。
采用ＡＢＡＱＵＳ进行数字仿真之后，设计流程如右图所示。
修改设计流程后，主要设计、加工成本为：（１）软质模具的设计和加工成本为１０万美元；（２）初期生产并修改模具的周期缩短为４周；（３）硬质模具的设计修改和加工成本为２５万美ABAQUS 在航空制造有限元模拟中的应用美国ＡＢＡＱＵＳ公司北京代表处 梁明刚元；（４）最后产品试生产、模具方案的定型、试生产、修正生产流程直至正式生产的周期一般为３．５～４个月。
仅车门的设计费用就节约了２／３，设计周期缩短为原来的１／３。
加工成形过程的数值模拟涉及到材料非线性、几何非线性和边界非线性的综合影响，直接计算的难度非常大。
ABAQUS有限元软件温度应力模拟及其在机场运营中的应用前景
ABAQUS有限元软件温度应力模拟及其在机场运营中的应用前景发布时间：2021-06-29T11:00:26.487Z 来源：《基层建设》2021年第5期作者：王旭刘景文邢俊[导读] 摘要：温度应力的长期作用可造成水泥混凝土道面结构强度和刚度的下降，严重时会导致结构开裂，因此温度应力对水泥混凝土道面承载能力和使用寿命的影响不容忽视。
中铁北京工程局集团有限公司机场工程分公司北京 102300摘要：温度应力的长期作用可造成水泥混凝土道面结构强度和刚度的下降，严重时会导致结构开裂，因此温度应力对水泥混凝土道面承载能力和使用寿命的影响不容忽视。
目前，对混凝土道面温度应力的研究较多，理论计算已较为成熟和深入。
但由于计算基本假定与实际情况存在一定的偏差，因而开展现场道面板温度变形试验研究是极为必要的。
本人于2016年，在学校导师的支持下，选取天津滨海国际机场机坪区道面板为试验研究对象，应用光纤光栅传感器测量路面及路基内部的温度场与温度应变。
采用ABAQUS有限元软件对不同温度条件下道面结构温度变形响应开展仿真计算，并与实测结果进行对比，以获得有价值的分析结论。
研究结果表明：（1）试验实测的路面结构温度应变具有明显的滞回变化特征，单日最大变形水平达到120个微应变，滞回曲线规律与仿真结果较为一致；（2）对比板内相邻测点结果，距离板边接缝位置越远应变幅度越大，且在板跨中部达到最大值，两侧呈现近似对称分布特征；（3）采用二维平面分析模型可较好的模拟实际路面及路基内部的变温过程。
所得温度应力结果与理论计算有较好的一致性，可用于工程实际分析。
关键词：机场场道；ABAQUS有限元；温度应力；航空运输量管控引言水泥混凝土具有刚度大、抗压能力强；抗弯拉强度高、使用寿命长；耐久性、耐磨性较好，可不设路缘石；耐腐蚀性强，施工机械化程度较高等优点。
目前已被绝大多数高等级公路，机场所采用。
温度应力是影响混凝土道面使用寿命的重要参数之一，尤其是机场跑道板厚设计中并没有考虑到温度应力的影响，在我国北方地区，昼夜温差较大，温度应力很可能会产生较大影响。
有限元分析在飞机翼型设计中的应用研究
有限元分析在飞机翼型设计中的应用研究随着航空工业的不断发展，飞机翼型设计逐渐成为了飞机设计当中的重要一环。
为了保障飞机的安全与性能，必须对翼型进行细致、科学的研究。
而有限元分析技术则是飞机翼型设计中的一项重要工具。
在此，我们将通过本文来探讨有限元分析在飞机翼型设计中的应用研究。
一、有限元分析技术简介有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种数值计算方法，用于计算并预测在实际工作环境中，机械零件或结构在各种负载下的性能。
它可以把一个复杂的结构破解成若干个互相连接的小结构（称为有限元），分别求解，最后再综合起来得到大结构的行为及性能特点。
它是目前常见的结构分析及设计最精确、最可靠的方法之一。
二、在飞机翼型设计中的应用在飞机翼型设计中，有限元分析可以应用在材料力学性能、载荷仿真、疲劳分析等方面，从而为设计和制造提供高精度的仿真模型。
1. 材料力学性能有限元分析可以用于飞机翼型材料的应力分析。
通过建模，可以计算出材料在不同环境下的应力、位移、应变等力学性能，以及对不同载荷的响应模式。
这有助于设计师了解不同材料在不同条件下的特性，从而做出最优的材料选择。
2. 载荷仿真有限元分析也可以在飞行时模拟翼型在各种负载下的性能。
通过设定不同负载情况，可以模拟出翼型在空气动力学、气动噪声、风险因素等方面的响应情况。
这对于预测飞机在不同负载条件下的稳定性、操作性、噪音等性能非常重要。
3. 疲劳分析在长时间的运行中，翼型及其组成部件承受的疲劳载荷是一个很重要的问题。
有限元分析可以在此方面提供可靠的仿真模拟。
通过模拟在实际使用中的负载情况，可以预测疲劳寿命，识别疲劳裂纹及损伤，并推导出最优的维护保养计划，从而使翼型的使用寿命得到最大化的延长。
三、应用案例有限元分析技术在飞机翼型设计中得到了广泛应用。
举个例子，美国肯尼迪航天中心研究员Glen Hinchcliffe曾经使用有限元分析技术，对747-400飞机的翼型进行仿真模拟，从而模拟不同地点的水平风和垂直风的影响，以确保在最极端的环境下翼型的可靠性。
Abaqus在飞机起落架机构运动及零部件分析中应用
Abaqus在飞机起落架机构运动及零部件分析中应⽤在飞机设计⾥，起落装置的设计是⼗分重要的环节，为了保证飞机的安全起飞、着落，要求起落架具有⾜够的强度、刚度与冲击性能。
为了使飞⾏器离地后具有良好的性能，还要求起落架应⾜够的轻。
可以运⽤Abaqus提供的多种单元对起落架进⾏静⼒分析、动⼒响应分析，飞机着陆过程是典型的冲击类问题，Abaqus/Standard是最优秀的隐式求解器模块，可以求解系统级的⾮线性结构静⼒学问题，Abaqus/Explicit是⽬前最好的显式求解器模块，可以求解瞬态动⼒冲击仿真程序，可对着陆过程进⾏冲击分析、机构运动分析、失稳分析、损伤容限分析，从⽽实现对起落架的优化设计。
起落架在载荷上要承受强冲击载荷，在结构上⼜有⾼阻尼缓冲元件，因此起落架的分析是⾼度⾮线性分析，Abaqus的连接器单元（滑动、摩擦、阻尼、弹簧组合）可⽅便地模拟多种阻尼缓冲件的静、动⼒特性，因此在起落架的分析中可以考虑进所有的主要因素。
由于Abaqus软件集线性和⾮线性静⼒学和动⼒学、机构运动分析和瞬态分析于⼀体，因此可以实现起落架的统⼀有限元分析解决⽅案。
飞⾏器起落架多体动⼒学分析问题难点：·展开时的运动协调性·连接部位的反⼒计算·部件级的应⼒分析·着陆时的动⼒学分析·零部件的⼤变形Abaqus/CAE提供各种连接单元去模拟机构运动，可是轻松实现刚柔体耦合分析。
飞⾏器起落架部件级静⼒分析问题难点：·多重机械结构·需要为多种构型，多个组件和多种⼯况提取相互作⽤⼒传统分析采⽤刚体分析提取部件间的作⽤⼒，再将部件间所⽤⼒作为静载施加在部件上，施加边界条件，分析过程繁琐。
Abaqus采⽤统⼀的模型对过程进⾏机构-结构耦合分析，不需要导⼊导出部件间的作⽤反⼒。
飞⾏器起落架部件级动⼒分析问题难点：·接触⾮线性·材料⾮线性·⼏何⾮线性传统分析利⽤刚体分析提取部件间的作⽤⼒，再将部件间作⽤⼒施加在模态动⼒学模型上。
有限元分析在航空航天应用领域案例
有限元分析在航空航天应用领域案例航空航天服务项目一、航空发动机1、轴系弹塑性、静动力分析、疲劳分析、优化设计2、盘系的静力计算、模态计算和动力响应计算3、叶片模态计算、动力响应计算、热疲劳分析4、发动机机匣载荷分析、疲劳变形分析5、燃烧室/加力燃烧室/推进剂热应力分析、热疲劳分析、静力分析二、卫星设计1、卫星的模态动力学分析2、电池组托架的应力分析3、太阳能电池板的展开4、运输引起的冲击和损伤三、子系统机身 1、机身（1）静力分析（2）动力响应分析（模态、颤振等）（3）失稳分析（4）损伤容限分析2、机翼（1）静力分析（2）动力响应分析（模态、颤振、抖振等）（3）失稳分析（4）损伤容限分析（5）结构优化设计四、起落架1、飞行器起落架多体动力学分析2、飞行器起落架部件级静力分析3、飞行器起落架部件级动力分析五、飞行器总体1、频率和振型2、线性和非线性静态和瞬态应力3、失稳分析4、飞鸟和飞机的撞击5、总体气动性能6、飞机、发动机的气动匹配7、军用飞机的雷达反射特性以及红外辐射特性航空航天案例1、中外翼对接带板细节应力分析某型飞机的中外翼对接带板属于疲劳薄弱部位，为对该部位的疲劳寿命作出合理的估算，需对该部位的应力分布进行准确的计算。
利用ABAQUS软件的接触分析功能对中外翼对接带板的细节应力进行了计算，给出了有限元的计算结果。
图1：有限元模型图2：外翼带板的拉应力分布情况图3：中央翼带板的拉应力分布情况2、缝翼滑轨模型装配件分析飞机的前缘缝翼是民用客机、大型飞机常用的增升活动面，是通过滑轨在滑轮组架中的运动来改变机翼的翼型，以达到增加升力的目的。
滑轨在滑轮组架中的运动就是一个典型的接触问题。
滑轮组架内在每根滑轨的安装位置沿滑轨法向和侧向各布置了两组滚轮。
当缝翼翼面上的载荷传到滑轨上时，滑轨受力变形，其上下表面就会有滚轮与滑轨表面发生接触，从而限制滑轨的法向运动；其左右两侧也会有滚轮与滑轨腹板表面发生接触，从而限制滑轨的侧向运动。
航空航天工业中的飞机结构强度分析方法
航空航天工业中的飞机结构强度分析方法航空航天工业是一个高度复杂且具有极高风险的领域，对于飞机的结构强度进行准确的分析至关重要。
飞机的结构强度分析是确保飞行安全、保证航空器性能和寿命的重要环节。
本文将介绍一些在航空航天工业中常用的飞机结构强度分析方法。
1. 有限元分析（FEA）有限元分析是目前广泛应用于航空航天工业中的一种分析方法。
该方法通过将结构划分为许多小的有限元单元，并在每个单元内对应力和变形进行计算，以更好地了解结构是否能够承受飞行中的各种载荷。
通过FEA可以得出不同部件的应力分布情况，帮助工程师进行设计优化、缺陷检测和结构改进。
2. 疲劳寿命分析疲劳是飞机结构失效的主要原因之一，因此疲劳寿命分析至关重要。
这种分析方法可以通过结合实验数据和数学模型来预估结构在长期飞行中所受到的应力和循环载荷。
疲劳寿命分析可以帮助工程师确定结构中可能出现的疲劳裂纹的位置和数量，并为设计和维修提供必要的信息。
3. 撞击分析撞击分析是指飞机在发生撞击或碰撞事故时对结构强度的评估。
这种分析方法可以通过数学模型和实验验证来预测和评估结构对撞击载荷的响应。
撞击分析可以帮助工程师评估飞机在可能的事故中的表现，确定可能的主要损伤位置和路径，并帮助设计更安全的飞机结构。
4. 静载分析静载分析是通过将静态力学原理应用于飞机结构，对飞机在地面和飞行中所受到的静态载荷进行分析和评估。
静载分析可以帮助工程师确定结构的最大应力点、变形情况、刚度和强度，并确定结构中的潜在缺陷。
这种分析方法对于设计优化、结构改进以及材料选择非常重要。
5. 模态分析模态分析是一种用于评估飞机结构自然振动特性的方法。
通过模态分析，工程师可以确定结构的固有频率、模态形状和模态参与因素。
这些信息对于避免共振现象、减少振动和提高飞机的安全性和舒适性至关重要。
在航空航天工业中，飞机结构强度分析方法的准确性至关重要，可以帮助工程师评估结构的可靠性和安全性，优化设计和减少飞行风险。
ABAQUS在制造行业的应用
Copyright 2008 Abaqus, Inc.
13.3 Approximating Functions for TwoDimensional Linear Triangular Elements (二维线性三角形单元的近似函数)
description of element displacement filed (单元位移场 的表达) u1 v 1 u 1 0 2 0 3 0 u2 v v 0 1 0 2 0 3 2 u3 v3
Copyright 2008 Abaqus, Inc.
例如: 左图所示,为分析齿轮上一个齿内的应 力分布,可分析图中所示的一个平面截 面内位移分布.作为近似解,可以先求出 图中各三角形顶点的位移.这里的 三角形就是单元,其顶点就是节点。 从物理角度理解, 可把一个连续的齿形截面单元之间在节 点处以铰链相链接,由单元组合而成的结构近似代替原连续结 构,在一定的约束条件下,在给定的载荷作用下,就可以求出各 节点的位移,进而求出应力. 从数学角度理解, 把这个求解区域剖分成许多三角形子域, 子域内的位移可用相应各节点的待定位移合理插值来表示.
1 i i x i y i ( x, y ) 2 Ae
Lagrange interpolation functions (拉格朗日插值函数)
Copyright 2008 Abaqus, Inc.
13.3 Approximating Functions for TwoDimensional Linear Triangular Elements (二维线性三角形单元的近似函数)
Where:
i ( x, y )
飞机设计中的有限元分析需求——Abaqus在航空工业中的应用
匮困～一～毪相设计中的有限元分析需求——Ａｂａｑｕｓ在航空工业中的应用■ＳｌＭＵＬＩＡ公司北京代表处赵友选随着计算机技术的进步和有限元计算方法的日益完善，使得有限元技术对飞机结构进行分析具有很大的优越性。
Ａｂａｑｕｓ软件是一个功能强大灵活的模拟工程的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题以及多物理场耦合问题，完全能满足飞机设计中对有限元分析的需求。
飞机总体设计中的应用在飞行器总体设计分析中要考虑的问题有：频率和振型，线性和非线性静态和瞬态应力，失稳分析，飞鸟和飞机的撞击，总体气动性能，飞机．发动机的气动匹配，军用飞机的雷达反射特性以及红外辐射特性等。
Ａｂａｑｕｓ强大的动力分析功能可以快速地进行模态和振型计算。
Ａｂａｑｕｓ可考虑多种因素对模态和振型的影响．可以准确地计算出飞行器在各种条件下的模态和振型。
通常，飞机机身有大量的连接．如铆接／焊接／粘结等结构．这些结构的处理是总体分析中极为重要但又难以处理的问题，Ａｂａｑｕｓ为处理各种连接结构提供了方便的功能，如网格无关的焊接定义和粘接单元等。
同时Ａｂａｑｕｓ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ为机身在振动、冲击等作用下的动力响应分析提供了有效的分析手段。
一方面软件自身提供了铆接、焊接、粘结等各种功能；另一方面显示求解方法在振动等瞬态分析中容易处理复杂的接触问题等因素。
全机静强度分析６２．中国制造业信息化２００８年１０月全机模态分析飞机各子系统中的应用机身飞机机身结构，都是典型的薄壁结构，一般是由蒙皮，隔框．长珩等组成．承受的主要载荷有：气动载荷，惯性载荷．地面载荷．动力装置载荷以及其他载荷。
机身骨架由梁组成，在传统的有限元软件中，梁单元的断面参数定义．模型检查．结果表示非常不方便。
而Ａｂａｑｕｓ前处理内置多种标准梁断面库，并允许用户自定义不规则断面形状库，使繁琐的梁断面参数定义变得简单、方便。
Ａｂａｑｕｓ强大而方便的建模及载荷处理功能，丰富的梁单元．杆单元．壳单元．三维实体单元，可方便，准确地对机身进行静力分析，动力响应分析（模态．颤振等）．失稳分析、损伤容限分析。
ABAQUS针对航空航天领域的解决方案
段，可以建立起真实地反映工程结构的复杂几何模型。另外它还是可视化视窗系统， 具有良好的人机交互特性。 z ABAQUS 还提供了与 CAD 软件专用的数据接口，能实现与 CAD 软件的无缝几何模型 传递。这些 CAD 软件有 CATIA、UG、Pro/E、IDEAS，Solidwork、Solid edge、Inventor、 MDT 等等。ABAQUS 还可以读取如下格式的图形标准文件：SAT、STEP、ParaSolid、 IGES、DXF 等等。 z 采用了参数化建模方法，为实际工程结构的参数设计与优化，结构修改提供了有力 工具。 z 强大的模型管理和载荷管理手段，为多任务、多工况实际工程问题的建模和仿真提 供了方便。 z 鉴于接触问题在实际工程中的普遍性，单独设置了 Interaction 模块，可以精确地 模拟实际工程中存在的多种接触和连接问题，并可以进行从零件级到系统级的分 析。 z 具有很强的开放性，可以结合 Python 语言方便的定制用户化界面，方便用户操作。
这些技术完全集成于 ABAQUS 软件，形成了最全面的数字样机仿真环境。它可以将多 种分析类型集成在单一的分析平台，实现统一有限元分析的目标。
ABAQUS 作为航空航天工业中 CAE 分析软件的先驱，在静动强度分析和结构动力学 分析方面，尤其在结构高度非线性分析、接触分析、大应变/有限转动动能分析等方面，一 直在商业软件中处于领先地位。另外，ABAQUS 强大的前后处理模块与 ABAQUS 的求解器 无缝结合，使复杂问题的分析计算变得快捷方便。
z 隐式和显式求解器无缝集成，同为 ABAQUS 公司的产品，单元类型和命名一致，用 户可以很方面的进行两种求解方法的转化和联合运算。
ABAQUS 软件的强大的静力和动力非线性分析功能决定了 ABAQUS 软件非常适合于应用到 航空航天领域，可以将飞行器作为一个大系统，进行系统级的分析。
基于ABAQUS的SR20飞机发动机橡胶悬置的动静刚度分析
基于ABAQUS的SR20飞机发动机橡胶悬置的动静刚度分析孙俊刚;白宇翔
【期刊名称】《科学技术创新》
【年(卷),期】2024()11
【摘要】SR20飞机发动机的悬置由上悬置和下悬置组合而成,基于CATIA、Hypermesh和ABAQUS建立了上悬置和下悬置的有限元分析模型,并对其进行了轴向和径向两个方向的静刚度和动刚度仿真分析。
分析发现,上悬置的轴向静刚度和径向静刚度均大于下悬置;上下悬置的轴向动刚度随着频率的增大而逐渐减小,径向动刚度则是先减小后增大。
通过模态分析进行验证,发现径向动刚度极小值对应的频率与悬置模态的前两阶频率接近,从而导致了动刚度极小值的出现。
【总页数】4页(P9-12)
【作者】孙俊刚;白宇翔
【作者单位】中国民用航空飞行学院工程技术训练中心;中国民用航空飞行学院修理厂
【正文语种】中文
【中图分类】V231.9
【相关文献】
1.基于超弹性模型的发动机悬置刚度分析
2.基于发动机悬置动刚度分析的车内降噪研究
3.基于ABAQUS的发动机冷却水泵强度刚度分析及改进
4.基于发动机悬置支
架设计及模态、动刚度、强度分析方法5.基于ABAQUS的动力总成悬置静刚度分析
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CAE应用举例
CAE应用举例CAE在整个产品生命周期都可以发挥重要作用，为企业创造巨大的效益。
每一种产品从概念（初步）设计，技术设计，详细设计等直到报废，都有一个生命周期。
仿真分析在这个周期的各个阶段都可以创造效益，重点是在设计早期，在机床、工装、原材料准备等重大的投入之前，保证设计的正确性，避免浪费和失误，而且为制造、销售、后期支持服务等阶段提供良好的保证。
应用CAE的具体例子。
1.应用CAE技术降低钢结构自重某钢铁公司300吨铁水车车架，载荷为450吨，原设计方案钢结构自重87.12t/每台，最大应力为127MPa，最大变形为12.7mm，车架所用材料为Q345B。
通过应用CAE仿真技术对原设计方案进行了13次结构优化计算，在满足功能要求的前提下，钢结构自重降低到68.88t/每台，单台降重18.24t，39台车合计降重711.36t，效益十分突出。
2.航空/航天Abaqus有限元分析典型用户–波音、空客、洛克希德•马丁、洛斯阿拉莫斯国家实验室、NASA、第一飞机研究所、航天一院等。
在波音787机身结构中，由于大量采用复合材料，大量的设计需要重新做实验、重新分析。
一次蒙皮-纵梁复合材料结构的实验费用高到上百万美金，大量的新材料和新结构，将导致大量的实验费用。
所以必须利用有限元分析的方法，通过模拟仿真，提前找到结构设计的规律、避免设计缺陷，以减少实验的次数，节省巨额的实验。
某飞机设计公司利用Abaqus子模型功能，对舱段的局部细节进行分析，其中模型包括窗口、加强筋等细节。
用户可以利用总体分析的位移和应力结果作为局部结构的边界条件，利用CAD模型构建子模型，对局部结构的网格重新划分，进而得到结构的局部细节位移及应力分析结果。
2024年ABAQUS航空航天行业解决方案
ABAQUS支持大规模的并行计算，能 够大大提高仿真计算的效率，缩短产 品设计周期。
ABAQUS在航空航天行业的应
03
用案例
飞机结构强度分析
01
静强度分析
通过ABAQUS对飞机机身、机翼等关键部位进行静强度分析，预测结构
在静载荷下的应力、应变和位移分布，确保飞机结构的安全性和稳定性
2024年ABAQUS航 空航天行业解决方案
汇报人： 2024-01-28
目录
• 引言 • 航空航天行业现状及挑战 • ABAQUS在航空航天行业的应用
案例
目录
• ABAQUS航空航天行业解决方案 特点
• 实施步骤与技术支持 • 总结与展望
01
引言
目的和背景
目的
为航空航天行业提供高效、精确的有 限元分析解决方案，以应对复杂工程 问题和挑战。ABA源自US航空航天行业解决方04
案特点
高精度建模与仿真技术
精细化的几何建模
支持复杂航空航天部件的精确建模，包括曲面、薄壁 等结构。
先进的网格划分技术
提供多种网格划分方法，确保分析精度和计算效率。
丰富的仿真功能
涵盖静力学、动力学、热力学、流体力学等多领域仿 真。
强大的材料库和自定义材料功能
全面的材料库
认证考试与证书颁发
持续教育与学习
设立认证考试机制，对参加培训的客户进 行考试评估，合格者颁发相应的认证证书 ，彰显其专业技能水平。
鼓励客户持续学习和掌握新知识，提供进阶 培训课程和在线学习资源，助力客户在航空 航天领域取得更大的成功。
06
总结与展望
项目成果总结
成功研发高效、精确的 航空航天结构分析算法 ，显著提高计算效率和 精度。
飞机起落架支撑杆强度有限元分析
飞机起落架支撑杆强度有限元分析作者：钱丽丽来源：《科技视界》2016年第18期【摘要】本文对某型飞机起落架支撑杆进行了强度分析，利用最快捷的前处理软件ANSA完成所有前处理任务，利用高级非线性有限元分析软件ABAQUS进行强度计算及结果处理，得到了可靠的结果，结果表明强度满足要求，为飞机起落架支撑杆的强度、损伤预测及维护提供了有效的指导依据。
【关键词】有限元分析；强度；起落架；支撑杆；ANSA；ABAQUSFEM Analysis on Stay bar of an Airplane Landing GearQIAN Li-li（Avic Xi’an Aircraft Industry （Group） Company，Yanliang Shaanxi 710089， China）【Abstract】Strength analysis of stay bar of an airplane landing gear be done in this paper， the fastest preprocessor soft ANSA be used to finish all preprocessor work， and advanced nonlinear finite element analysis software ABAQUS be used to calculate strength of model and post-processing. The result shows that the strength is meet the requirement， at the same time provides effective guidance for strength of bar of an airplane landing gear， damage prediction and maintenance.【Key words】FEA analysis； Strength； Landing gear； Stay bar； ANSA； ABAQUS0 引言起落架是飞机起飞和降落过程中的关键部件，而斜支撑杆是连接起落架和机体的关键部件，其作用就是抵抗缓冲支柱传来的一部分载荷，并且相对于支柱外筒约束其对机身的旋转，主要承受轴向载荷，其性能的优劣直接影响着飞机的起飞和着陆安全。
基于Abaqus的预紧力对航空器用螺栓强度影响的有限元分析
基于Abaqus的预紧力对航空器用螺栓强度影响的有限元分析张宁; 郭辛; 程思晗【期刊名称】《《科技与创新》》【年(卷),期】2018(000)018【总页数】2页(P30-31)【关键词】有限元分析; 螺栓; 预紧力; 切向载荷【作者】张宁; 郭辛; 程思晗【作者单位】中国民航大学中欧航空工程师学院天津300300【正文语种】中文【中图分类】V26螺栓连接在飞机结构连接中占有重要地位，螺栓虽构造简单，但受力机理复杂。
建立合理的航空器用螺栓计算模型，分析螺栓部件的受力及破坏方式，不仅对航空器的飞行安全有积极意义，还对制订航空器检修策略具有指导意义。
螺栓组件由螺栓、螺母、基体与构件组成。
螺栓预紧力形成构件与基体间的夹紧力，这里的夹紧力为摩擦力的正压力。
在有限元模型中，省略螺母，忽略螺纹的影响，建立如图1所示的螺栓有限元模型。
其中，构件厚度设为2 mm，螺栓孔的直径设为14.1 mm；基体模型采用14mm×30 mm×40 mm。
根据疲劳试验试样，螺栓、基体和构件材料的属性如表1下所示。
选用拉格朗日乘子法作为接触计算方法[6-7]，将螺栓头部与构件接触面和构件与基体接触面定义为摩擦系数为0.29的小滑移切向摩擦接触。
在构件伸出端平面定义了大小为110 MPa的表面载荷，即切向载荷。
有效螺栓预紧力范围在40～80 kN之间[1-2]，分别考虑40 kN、45 kN、50 kN、55 kN、60 kN、65 kN、70 kN、75 kN、80 kN 9种工况下的应力情况。
约束基体伸出端平面全部6个自由度，完全固定。
网格划分时，采用C3D8R八节点线性六面体缩减积分单元进行网格划分，均采用中性轴算法，采用扫掠的方法自动划分网格。
随着装配预紧力的不断线性增加，最大Mises应力、平均Mises应力均呈线性增加，随着预紧力的增加，孔边最大应力从1 153 MPa增加到2 285 MPa，且预紧力施加对孔边应力产生较大的影响，造成孔边较大的应力集中，如图2所示。
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匮困～一～
毪相设计中的有限元分析需求
——Ａｂａｑｕｓ在航空工业中的应用
■ＳｌＭＵＬＩＡ公司北京代表处赵友选
随着计算机技术的进步和有限元计算方法的日益完善，使
得有限元技术对飞机结构进行分析具有很大的优越性。
Ａｂａｑｕｓ软
件是一个功能强大灵活的模拟工程的有限元软件，其解决问题的
范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题以及多物理
场耦合问题，完全能满足飞机设计中对有限元分析的需求。
飞机总体设计中的应用
在飞行器总体设计分析中要考虑的问题有：频率和振型，线
性和非线性静态和瞬态应力，失稳分析，飞鸟和飞机的撞击，总
体气动性能，飞机．发动机的气动匹配，军用飞机的雷达反射特性以及红外辐射特性等。
Ａｂａｑｕｓ强大的动力分析功能可以快速地进行模态和振型计算。
Ａｂａｑｕｓ可考虑多种因素对模态和振型的影响．可以准确地计算出飞行器在各种条件下的模态和振型。
通常，飞机机身有大量的连接．如铆接／焊接／粘结等结构．这些结构的处理是总体分析中极为重要但又难以处理的问题，Ａｂａｑｕｓ为处理各种连接结构提供了方便的功能，如网格无关的焊接定义和粘接单元等。
同时Ａｂａｑｕｓ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ为机身在振动、冲击等作用下的动力响应分析提供了有效的分析手段。
一方面软件自身提供了铆接、焊接、粘结等各种功能；另一方面显示求解方法在振动等瞬态分析中容易处理复杂的接触问题等因素。
全机静强度分析
６２．中国制造业信息化２００８年１０月全机模态分析
飞机各子系统中的应用
机身
飞机机身结构，都是典型的薄壁结构，一般是由蒙皮，隔框．长珩等组成．承受的主要载荷有：气动载荷，惯性载荷．地面载荷．动力装置载荷以及其他载荷。
机身骨架由梁组成，在传统的有限元软件中，梁单元的断面参数定义．模型检查．结果表示非常不方便。
而Ａｂａｑｕｓ前处理内置多种标准梁断面库，并允许用户自定义不规则断面形状库，使繁琐的梁断面参数定义变得简单、方便。
Ａｂａｑｕｓ强大而方便的建模及载荷处理功能，丰富的梁单元．杆单元．壳单元．三维实体单元，可方便，准确地对机身进行静力分析，动力响应分析（模态．颤振等）．失稳分析、损伤容限分析。
Ａｂａｑｕｓ的热～结构耦合分析功能可以对机身进行温度场计算以及热应力和热变形计算。
对机身的连接件还可以运用Ａｂａｑｕｓ的非线性功能进行塑性和接触等非线性分析。
某航空公司利用ＣＡＴＩＡ几何模型，直接在ＣＡＴＩＡ环境中通过Ａｂａｑｕｓ／ＡＦＣ．构建结构的仿真分析模型。
这样仿真分析模型和几何体之间实现关联．几何模型的修改将直接反映到仿真模型的变化。
再利用ＡＦＣ为结构添加复合材料．构建复杂的接触非线
性模型。
同时，利用Ａｂａｑｕｓ的非线性功能，对结构进行求解，可 万方数据
以得到结构的各种响应。
穿透；Ａｂａｑｕｓ／Ｖｉｅｗｅｒ直接支持后处理。
舱段
某飞机设计公司利用Ａｂａｑｕｓ子模型功能，对舱段的局部细
节进行分析，其中模型包括窗口、加强筋等细节。
用户可以利用
总体分析的位移和应力结果作为局部结构的边界条件，利用ＣＡＤ
模型构建子模型．对局部结构的网格重新划分．进而得到结构的
局部细节位移及应力分析结果。
机翼
机翼大致由蒙皮．翼肋、翼梁和墙、长珩等组成。
机翼主体受
到气动载荷、惯性载荷以及各连接点传来的集中载荷等类型的载荷。
可以运用Ａｂａｑｕｓ提供的梁单元．杆单元，壳单元．三维实体单元对机翼进行静力分析、动力响应分析（模态．颤振、抖振等）．失稳分析、损伤容限分析，结构优化设计。
对机翼和机身的连接部件．机翼的固定件还可以运用Ａｂａｑｕｓ的非线性功能进行塑性和接触等非线性分析。
飞机中复合材料技术的应用
新型客机的设计大量引入复合材料，以减轻结构的重量，减少油耗．提高经济性。
复合材料的大量应用对技术提出新的挑战．新材料导致新的挑战具体包括：材料的可用范围，如何进行新的材料测试以及需要新的分析技术。
借助于多层壳、实体壳及实体单元可以建立复杂的复合材料模型，这些单元允许叠加各向同性或各向异性材料层，材料方向允许变化。
Ａｂａｑｕｓ提供的失效准则有最大应变失效准则、最大应力失效准则和Ｔｓａｉ—ｗｕ失效准则等，用户也可以通过用户子程序来定义自己的失效准则，同时可以考虑纤维破裂．纤维屈曲、基体开裂、基体压溃等失效模式。
Ａｂａｑｕｓ的复合材料功能特别适合于大量应用复合材料的新型飞行器。
波音通过Ａｂａｑｕｓ将其专利技术一虚拟裂纹闭合技术（ＶＣＣＴ）商业化。
该技术可以帮助我们有效的分析复合材料结构的断裂和分层问题。
通过Ａｂａｑｕｓ实现ＶＣＣＴ技术的优势在于：不需要重新进行网格划分或重新分析可以防止复合材料失效后的
利用ＶＣＣＴ计算复合材料的开裂
飞机起落架设计中的应用
在飞机设计里．起落装置的设计是十分重要的环节，为了保证飞机的安全起飞．着落，要求起落架具有足够的强度、刚度与冲击性能。
为了使飞行器离地后具有良好的性能．还要求起落架应足够的轻。
可以运用Ａｂａｑｕｓ提供的多种单元对起落架进行静力分析、动力响应分析，飞机着陆过程是典型的冲击类问题．Ａｂａｑｕｓ／Ｓｔａｎｄａｒｄ是最优秀的隐式求解器模块，可以求解系统级的非线性结构静力学问题，Ａｂａｑｕｓ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ是目前最好的显式求解器模块，可以求解瞬态动力冲击仿真程序，可对着陆过程进行冲击分析．机构运动分析．失稳分析、损伤容限分析，从而实现对起落架的优化设计。
起落架在载荷上要承受强冲击载荷．在结构上又有高阻尼缓冲元件．因此起落架的分析是高度非线性分析，Ａｂａｑｕｓ的连接器单元（滑动．摩擦．阻尼．弹簧组合）可方便地模拟多种阻尼缓冲件的静、动力特性，因此在起落架的分析中可以考虑进所有的主要因素。
Ａｂａｑｕｓ可以利用统一的模型进行着陆过程的运动学．静力学．和动力学分析，提高了分析效率，减少了模型修改工作量。
采用先进的算法，更容易处理各种复杂的非线性问题。
可以实现起落架的统一有限元分析解决方案，包括：飞行器起落架多体动力学分析，飞行器起落架部件级静力分析，飞行器起落架部件级动力分析。
Ａｂａｑｕｓ是国际著名的ＣＡＥ软件，它以解决实际工业问题能力和强大的非线性功能赢得广泛声誉。
航空工业是Ａｂａｑｕｓ最重要的应用领域之一．波音、空中客车．洛克希德～马丁等长期合作的用户。
对航空工业很多复杂和特殊的问题，如疲劳断裂．复合材料损伤，起落架柔性机构、接触连接，金属塑性等。
ｏ－
２００８年１０月·ＷＷＷ
ｃｏｒｎ．６３ 万方数据
飞机设计中的有限元分析需求——Abaqus在航空工业中的应
用
作者：赵友选
作者单位：SIMULIA公司北京代表处
刊名：
中国制造业信息化
英文刊名：MANUFACTURING INFORMATION ENGINEERING OF CHINA
年，卷(期)：2008(20)
1.朱自强.王晓璐.吴宗成.陈泽民数值模拟在飞机设计中的地位和应用[会议论文]-2006
2.张任远.黄俊.ZHANG Ren-yuan.HUANG Jun BLISS研究及其在飞机设计中的应用[期刊论文]-飞机设计2007,27(6)
3.锐锋科技为某飞机设计研究所提供结构强度试验平台/中国北方发动机研究所柴油发动机设计/仿真管理系统项目实施工作通过验收[期刊论文]-舰船科学技术2009,31(6)
4.韩德巍.冯德林.王洪伟CFD在Y12F飞机设计中的应用[会议论文]-2005
5.洪清泉Altair OptiStructruct:结构优化技术在飞机设计中的应用[期刊论文]-航空精密制造技术2010,46(1)
6.赵友选.Zhao Youxuan SIMULIA/Abaqus在航空工业中的应用[期刊论文]-航空制造技术2008(18)
7.王志栋尾吊布局飞机和发动机一体化设计研究[会议论文]-2004
8.高广达.徐燕申.姜慧.林汉元.柴宝莲.王威数控机床模块化虚拟设计平台的开发[会议论文]-2001
9.陈志伟.王智飞机疲劳寿命研究的实践与思考[会议论文]-2008
10.王磊.王正平.林思伟.WANG Lei.WANG Zheng-ping.LIN Si-wei飞机协同设计应用技术研究[期刊论文]-科学技术与工程2007,7(22)
本文链接：/Periodical_jxsjyzzgc200820025.aspx。