航空發動機結構強度一體化設計系統

2013-06-05 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

基于PERA.Simulation的基礎架構,針對航空發動的特點設計要求進行定制和開發,實現葉片強度結構的一體化設計。葉片的設計方案主要工作包括:葉片強度設計流程定制,葉片參數化建模,接口數據格式定制與集成,設計流程及模板的定制。

作者: 安世亞太來源: 安世亞太
關鍵字: CAE 安世亞太 PERA.Simulation 航空發動機一體化設計

項目概況
近些年國外大型商業軟件的引進,使得在航空發動機的設計、分析諸多方面都得到了顯著效果,但是盡管這些軟件水平和質量與國外不相上下,而取得的效果卻是天壤之別。如R&R公司那種一天20個葉片方案評估,而以國內目前的流程絕對是無法想象的。
因此如何通過更有效的手段使企業信息化建設從單點應用走向全面集成,從單項仿真技術應用走向全面協同仿真,成為擺在每個航空企業面前的亟待解決的現實問題。
航空某發動機設計研究所主要從事于航空發動機研究,航空發動機的研制是一項涉及多學科、多技術的復雜系統工程,各國發動機部門都很重視相關的計算機輔助設計及一體化設計技術工作。該所通過應用安世亞太公司的協同仿真平臺PERA.Simulation實現了“強度結構一體化設計系統”的集成與開發:
?以結構強度一體化設計為目的,完成用于強度分析的葉片參數化建模研究,開展相關數據傳遞方法、相關接口軟件編制的工作,為保證各部門模型數據間無縫銜接打下基礎;
?以目前使用的設計規范為基礎,創建與強度設計相關的氣動、結構等模塊的數據接口,從而保證相關數據源的單一性;
?搭建結構強度一體化設計平臺,并以發動機部件為對象,完成系統測試。
項目挑戰
“強度結構一體化設計系統”從發動機強度角度考慮,研究將以壓氣機輪盤、葉片為主,在目前已有強度設計規范基礎上,進行數字化改造,以完善輪盤、葉片強度設計系統,從而保證設計系統的完整性。因此該研究所基于協同仿真平臺PERA.Simulation(PERA.S)的應用需實現航空發動機一體化的設計需求:

航空發動機結構強度一體化設計系統+有限元仿真分析相關圖片圖片1

仿真與設計的數據協同
要求在仿真和設計之間實現基于統一的模型和參數,設計和仿真的任何一方對于模型的修改可保證另一方的同步更新。設計模型的更改不應影響仿真的載荷、邊界條件、網格、求解控制、后處理等的設置,可自動實現仿真結果的更新。
強度分析的工程定制——設計模板定制
為確保分析過程的標準化、規范化,在設計規范的基礎上,將主要經驗固化到程序中,形成相應的設計模板。要求系統界面簡潔,分析人員只看到幾何尺寸、零件材料、工程載荷的大小等設計參數的修改界面。從而保證分析工程的標準化,避免不同的分析者得到不同結果。
初步實現相關模型數據的管理
系統需實現設計過程中的數據管理,保證同一設計的設計模型、仿真模型、結果、報告、多方案比較等模型數據的管理,并實現與PDM的集成。
解決方案(Solution)
“強度結構一體化設計系統”基于PERA.S/CAxMan的基礎架構,針對航空發動的特點設計要求進行定制和開發,實現葉片強度結構的一體化設計。葉片的設計方案主要工作包括:葉片強度設計流程定制,葉片參數化建模,接口數據格式定制與集成,設計流程及模板的定制。該項目的主要成果包括:
?實現了強度與結構設計間模型參數的雙向互動及數據協同——利用PERA.S/CAxMan自身的CAD雙向數據接口即可實現。
?實現了氣動載荷數據的集成 - 針對葉片類部件的要求,在結構強度一體化設計平臺中開發集成了氣動載荷插值程序及接口,實現了高效準確的發動機葉片上氣動載荷數據的施加。
?定制了設計模板及強度分析流程 – 按部件強度設計流程及規范,建立相關設計模板。模板的內容包括載荷施加、網格劃分、分析項目、計算結果提取等。模板和流程存放于數據庫中,作為全所的智力資產保存下來。
?實現了模型與數據的統一管理 - “強度結構一體化設計系統” 集中、整合、管理了所有類型的仿真數據,并與iMAN集成,強度分析數據的索引存儲于PDM的系統中。集成后的PDM可觸發一體化設計系統的數據管理系統,從而檢出強度分析的所有相關文件到本地。當然這種檢出是依據PDM賦予此賬戶的權限來進行的。當仿真任務執行完畢后,可以通過一體化設計系統將仿真數據自動檢入到PDM。

航空發動機結構強度一體化設計系統+有限元仿真分析相關圖片圖片2
模型參數的雙向互動及數據協同

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設計模板及強度分析流程

用戶評價
?利用該項目的成果,以某型低壓壓氣機一級輪盤為研究對象進行了“一體化環境下的輪盤部件尺寸敏度分析”,對發動機典型部件進行強度計算、結構優化以及公差敏感度分析的可行性研究,為該級輪盤強度、壽命影響因素的敏感度分析提供了參考。
?“強度結構一體化設計系統”保證了數據的快速流通與有效共享,滿足結構強度一體化設計要求。相關分析方法、步驟為發動機強度設計系統的搭建提供了經驗和指導作用。
?“強度結構一體化設計系統”的項目成果獲得了該所領導和業內人事的認同與贊賞。
用戶價值
?利用PERA.S/CAxMan的雙向CAD數據接口實現強度與結構設計間模型與數據協同是其它仿真軟件不具備的。
?無須腳本,模型修改后進行仿真分析結果的更新充分利用了PERA.S/CAxMan面向對象的技術優勢。
?設計模板及強度分析流程的定制充分體現了PERA.S/CAxMan開放架構的技術特定,定制過程簡單、界面友好。
?PERA.S/CAxMan項目方式的數據管理功能和與PDM的接口實現模型與數據的統一管理是其它仿真軟件不具備的。

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