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弹簧受力分析

摘要：新一代飞机的设计对性能有更高的要求，需要有新的性能设计平台来应对

这些挑战。Altair公司的HyperWorks在飞机结构有限元建模，结构优化及减

重，碰撞安全性分析，复合材料零部件设计和运动机构仿真及优化等领域的技术

已经被世界各大飞机制造商广泛采用，成为事实上的现代飞机性能设计新平台。

关键字：HyperWorksHyperMeshOptiStructRadiossMotionView

HyperStudy飞机性能设计

近年来，以A380，A350，A400M，B787，F35为代表的新一代飞机，外形更

大，重量更轻，飞得更远，载重量更大，机动性更好，突发情况下更安全，燃油

经济性更好，确立了飞机性能设计的新标准，对现代飞机设计技术提出了一系列

新的要求和挑战，需要有新的技术来应对。

结构减重技术：能够清楚给出在给定设计空间内的最佳材料分布和确定零部件

尺寸、外形和位置，从而工程师有足够的设计提示信息和依据，而不仅仅依靠经

验来进行结构的轻量化设计。

复合材料设计技术：能够对复合材料零部件进行建模、仿真和优化，预估复合

材料零部件的强度、刚度、破坏和疲惫特性，优化复合材料的展层角度、展层外

形、展层数目和展层叠加次序。

系统优化技术：能够在概念设计阶段优化结构传力路径和布局，减少设计后期

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风险；能够对飞机的性能参数进行优化，满足各种设计指标；能够进行多学科考

虑，做到各子系统最优，总体系统也最优。

碰撞安全性分析技术：能够对鸟撞、坠撞、水上迫降等工况进行仿真，评估并

改进突发危险情况下的飞机安全性。

缩短设计周期：能够快速进行CAE建模、求解和结果评估，特别是把CAE前

后处理的时间降下来，并且通过优化技术和流程减少人工的反复设计迭代。

Altair公司是世界领先的工程设计技术开发者，旗舰产品HyperWorks软件包

含了HyperMesh，OptiStruct，Radioss，MotionView，HyperStudy等著名

模块，是全球领先的企业级产品创新解决方案，目前全球客户超过4000家，分

布于汽车、航空航天、机械、电子、船舶、国防等各个行业。近十年来，HyperWorks

专注于应对航空产业的最新发展趋势和挑战，以其创新平台设计技术帮助波音、

空客、欧洲宇航防务、洛克西德马丁、欧洲直升机等公司设计新一代的飞机，取

得了大量前所未有的工程成果，成为现代飞机性能设计的新平台，提供了一系列

高效、优化、创新的新技术。

一．有限元建模技术

随着计算机硬件技术的发展，现代飞机的有限元模型规模越来越大，网格越来越

精细，模型治理越来越复杂，特别是复合材料在飞机上的大规模应用使得单元属

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性数据大大增加。例如，B787的前起落架舱屈曲计算模型，包含47万个节点，

49万个单元，2.7万个部件和属性，以及一个超单元文件，传统的飞机有限元建

模技术已经不能满足这些新的需求。

HyperMesh是一个高质量高效率的有限元前处理器，无缝支持Catia和

Nastran等数十种CAD和CAE模型；提供极其高效的有限元网格建模能力；提

供功能强大的模型树视图和分级治理能力；提供了便利的整机和零部件载荷提取

及施加能力。HyperMesh的这些特点，大大进步了飞机有限元建模的效率和质

量，答应工程师把主要精力放在后续的对产品本身性能的研究和改进上，从而大

大缩短整个设计周期。

（1）前起落架舱网格模型

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2）前起落架舱屈曲计算模型

图1波音公司利用HyperMesh建立B787前起落架舱屈曲计算模型

图2HyperMesh的FBD技术（自由体力图）帮助从整机模型提取完整的零部