作者签名:看航空 弓虽

中美商业磨擦激发了国人对焦点手艺的深度思虑,对焦点产业软件的节制已成为美国遏制我国成长的主要计谋手段之一。

2019年5月美国ANSYS公司对华为等公司起头禁售仿真软件,更让CAE软件成为人们存眷的核心。

布局阐发软件作为最早降生和工程利用最普遍的CAE软件,是当之无愧的“国之重器”。

本公家号将持续颁发《国产布局阐发软件成长计谋研究》系列文章,将从布局阐发软件的计谋感化、国际成长、国内成长、面对挑战和成长计谋几个层面着手,深切分解国产布局阐发软件的曩昔、此刻和将来。

1。  计谋感化

2。国际成长:成长过程

3。国际成长:成长近况

4。国内成长:整体环境

5。国内成长:兵工篇1

6。国内成长:兵工篇2

7。国内成长:兵工篇3

8。国内成长:兵工篇4

9。国内成长:院所篇

10。国内成长:高校篇

11。国内成长:成长近况

12。面对挑战

13。成长计谋

引言

产业软件是当之无愧全部现代产业系统的“年夜脑”,每套现代产业产物和设备的研制的都离不开产业软件的运行,在智能制造和产业4.0的时期产业软件的主要性进一步凸显。

跟着产业手艺的成长,产业软件逐步成为我国产业成长的最年夜瓶颈。在CAD、CAE、CAM、CAPP等这些主要的产业软件傍边,CAE软件首要用于数字建模与仿真,其素质是IT手艺与产业化持久堆集的产业常识的结晶,是产业软件中含金量最高而我国根本最为亏弱的环节。

布局阐发软件是最早降生的CAE软件,也是工程中利用规模最普遍的CAE软件,经由过程数值计较等手段可有用解决布局平台的强度和完全性题目,直接决议告终构重量、平安性、寿命、舒适性等布局平台的主要属性,而布局平台是产业产物与设备实现功能机能的最主要保障,是以欧美等国度一向将布局阐发软件作为具有焦点计谋感化的软件东西进行延续成长。

跟着人类对力学理论、模子构建和数值算法等手艺的不竭冲破,布局阐发软件的内在也产生了深入的转变:

初期首要指用有限元法(FEM)对布局的刚度、强度进行阐发。其发源最早可以追溯到1956年波音公司编制了内部有限元法式来计较飞机机翼强度,一般被以为是布局阐发软件在工程中利用的初步。

图1:结构分析软件是起源最早的CAE软件 图1:布局阐发软件是发源最早的CAE软件

现代的布局阐发软件的利用规模已扩大到对产业产物将来的工作状况(强度、寿命、热传导、靠得住性)和运行行动(动力学、活动学、NVH)进行摹拟仿真,可尽早发现设计缺点,改良和优化设计方案。所用的手段也从单一的有限元法扩大到有限差分法(FDM)、鸿沟元法(BEM)、夹杂有限元(MHFEM)、扩大有限元(XFEM)、工程法等多种方式。

布局阐发软件的焦点计谋感化

布局阐发软件是事关国度计谋平安的关头焦点东西,是进步我国设备制造业焦点竞争能力,包管国度计谋平安所必需把握的关头手艺,其焦点计谋感化首要表现在以下三方面:

1、焦点手艺研究的主要东西

布局阐发软件是进行焦点手艺研究的主要东西,首要表现在根本性、前沿性、关头性三个方面:

根本性

数值摹拟方式已与理论研究、物理尝试并称“立异三架马车”,布局阐发软件作为一种主要的数值摹拟方式,它可以辅助科学家、工程师揭露物理尝试手段尚不克不及揭露或很难揭露的科学纪律。在没有布局阐发软件之间长达一个世纪里,人们对布局应力状况构求解的方式只能经由过程解析手艺获得,并且只能计较载荷和几何外形比力简单的题目。现代布局阐发软件供给的的线性、非线性阐发、动力学阐发等功能,是进行焦点手艺研究的必备根本东西。

图2:核心技术研究的基础性 图2:焦点手艺研究的根本性

前沿性

布局阐发软件在撑持新材料设计(纳米材料、碳纤维、4D打印材料)、新布局设计(仿生布局、柔性布局、智能布局)、新手艺(虚拟实验手艺、虚拟实际手艺),可对人类还没有制造出来的前沿材料和布局,切确摹拟其布局响应,为立异设计供给根据。好比人们很早就经由过程数值手段展望碳原子单层布局具有很高的刚度和强度(比钢材高100倍),直到2004年曼彻斯特年夜学的两位传授经由过程微机械剥离的方式制备出纯粹的石墨烯布局,这类展望才获得物理尝试的验证。

图4:核心技术研究的前沿性 图4:焦点手艺研究的前沿性

关头性

设备研制中的关头手艺的解决常常依靠切确的布局阐发成果,如崇高高贵声速飞翔器耐高温/防护布局设计、重型火箭的年夜跨度布局动力学设计、年夜型跨海年夜桥的耦合阐发、高速列车的委靡寿命阐发等,都需要布局阐发软件的支持。

例如美国为实行阿波罗登月打算,组织开辟了第一个工程适用的布局阐发软件NASTRAN(NASA Sturucturla Analysis),用于计较不具有可实验性的飞翔器布局,系统地解决告终构系列关头题目。美国为了研制崇高高贵声速飞翔器,美国开辟了一系列布局阐发软件,包管了型号的成功。

图6:国外高超声速分析软件 图6:国外崇高高贵声速阐发软件

2、产业设备研制的底子保障

布局阐发软件是产业设备研制的底子保障,首要表现在布局阐发是产业共性需求、贯串设备研制全周期、致命性短板三个方面:

产业设备共性需求

现在我国产业产物和设备进进了周全自立研制的快速成长期间,航空、航天、船舶、刀兵、高铁等行业已进进周全自立设计阶段,对布局平台的设计提出了多项共性的需求,好比要在有限的布局重量下实现全数机能指标,布局的NVH特征和乘员的舒适性等多个方面。

图7:结构分析软件是工业共性需求 图7:布局阐发软件是产业共性需求

贯串设备研制全周期

布局阐发软件已成为设备研制不成或缺的设计东西,已融进到设备研制的预成长、概念设计、初步设计、具体设计、实验验证、制造装配和试飞服役等全生命周期中。以航空设备为例,布局阐发软件已成为飞机设计、制造、强度验证和服役中利用最普遍的产业软件之一。

图8:结构分析软件应用于装备全生命周期 图8:布局阐发软件利用于设备全生命周期

致命性短板

布局阐发软件直接决议告终构平台的首要品质,如布局强度、布局寿命、布局舒适性等,对进步设计效力、下降设计本钱也有侧重要感化。从国内来看,产业部分几近周全依靠入口布局阐发软件(入口占比90%以上),缺少自立的高精度布局阐发软件已成为产业产物和设备研制的致命性短板。

图9:工业部门普遍使用国外进口软件 图9:产业部分遍及利用国外入口软件

3、智能制造实现的关头支持

布局阐发软件是智能制造实现的关头支持,首要表现在布局阐发软件对智能制造的数字化、收集化、智能化都起着支持感化。

数字化

布局阐发软件是将来产业产物数字化V&V验收流程中的根本手段,以航空设备为例,在概念设计阶段需要成立布局的低保真度数字模子(如梁式模子);在初步设计阶段需要成立中等保真度数字模子(如天然网格模子);在具体设计阶段需要成立高保真度数字模子(如细节三维模子)。

图10:两栖飞机着水载荷分析模型 图10:两栖飞机着水载荷阐发模子 图10:细节结构三维模型 图10:细节布局三维模子

收集化

布局阐发软件是将来实现5G+制造的关头东西,经由过程数据清洗、数据拟合、模子批改、可托度阐发、云计较等手艺撑持,实现布局的智能制造中的全状况数据及时搜集和布局的及时评估。

图12:布局阐发软件是实现5G+制造的关头东西

智能化

布局阐发软件也是实现智能化转型的主要支持,经由过程构建系列包括智能特点的数字化模子,成立物理空间与数字空间的及时数据映照和反馈展望优化,实现参数智能匹配、及时智能判据和智能预警,支持智能化转型。

图13:结构分析软件对智能化的支撑作用 图13:布局阐发软件对智能化的支持感化

竣事语

谁把握了焦点手艺,谁就博得将来新手艺革射中的上风!习近平总书记在第十九次院士年夜会上夸大:

“实践频频告知我们,关头焦点手艺是要不来、买不来、讨不来的。”

年夜型布局阐发软件的研制需要同时触及多项布局强度关头手艺攻关和年夜型复杂软件系统开辟,既是一项高难度的科学研究,也是一项年夜范围的工程实践,对产业产物研发和科学手艺立异都具有主要的计谋支持感化,是事关国度计谋平安的关头焦点东西。

捉住汗青机缘,研制具有国际进步前辈程度的布局阐发软件无疑是我国产业征途上必需完成的主要任务,也是成为国防强国和产业强国必需迈过的一道坎!