飛機(jī)的閉合系統(tǒng)是由多個(gè)零部件組成的復(fù)雜系統(tǒng)。無(wú)論是直升機(jī)還是其它類(lèi)型飛機(jī)，艙門(mén)都需要具有開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)和緊急情況下工作等功能。針對(duì)不同的產(chǎn)品，我們不能使用相同的設(shè)計(jì)方案。艙門(mén)系統(tǒng)是根據(jù)各個(gè)飛機(jī)尺寸和政府法規(guī)設(shè)計(jì)的，整個(gè)研發(fā)過(guò)程需要平衡不同的需求。閉合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不但要求可靠工作，而且需要輕量設(shè)計(jì)。另外，設(shè)計(jì)方案必須充分滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，甚至這些需求會(huì)發(fā)生變化。同時(shí)，還要保證產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程與客戶(hù)項(xiàng)目關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)保持同步。一般來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)方案必須考慮結(jié)構(gòu)可靠性、包裝、重量、加工性和成本要求。具體來(lái)說(shuō)，工程師使用與約束協(xié)調(diào)的目標(biāo)評(píng)估艙門(mén)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特性以考察艙門(mén)的使用壽命和緊急情況的安全性。歐直公司cae仿真工具通過(guò)反復(fù)設(shè)計(jì)分析流程虛擬地評(píng)估設(shè)計(jì)方案的性能與可靠性。解決方案加速研發(fā)具體到艙門(mén)系統(tǒng)，需要考察艙門(mén)本身以及艙門(mén)與機(jī)身接口結(jié)構(gòu)的性能。艙門(mén)由門(mén)框、梁和幫助提高艙門(mén)密封性能的門(mén)邊組件構(gòu)成，接口結(jié)構(gòu)由限位臂、導(dǎo)引臂和機(jī)身接口支撐臂構(gòu)成。此外艙門(mén)系統(tǒng)還包括導(dǎo)輥和密封件等其它零件。研發(fā)部門(mén)首先完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)以達(dá)到客戶(hù)的要求，特別是材料類(lèi)型和重量范圍。我們的設(shè)計(jì)開(kāi)始于一個(gè)獨(dú)立的艙門(mén)，然后收到客戶(hù)更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)，如飛行載荷和機(jī)身規(guī)格等，以便進(jìn)行艙門(mén)細(xì)設(shè)計(jì)。由客戶(hù)及公司設(shè)定的評(píng)估方法一般是復(fù)雜的。對(duì)于不同零件，我們?cè)u(píng)估項(xiàng)目包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)以及屈曲和剛度穩(wěn)定性。所有零件都必須滿(mǎn)足應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)，同時(shí)我們會(huì)提供一份艙門(mén)驗(yàn)證報(bào)告。歐直公司具有一套包含密封、氣動(dòng)和制動(dòng)負(fù)載分別在內(nèi)艙門(mén)整體性能分析的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)。此外，所有零件必須滿(mǎn)足屈曲、破壞和鉚釘屈曲等穩(wěn)定性要求。部分零件還要滿(mǎn)足額外的剛度需求，例如，與機(jī)身的接口必須承受來(lái)包括導(dǎo)輥、鉸鏈臂以及支架在內(nèi)艙門(mén)的重量。限位臂必須能夠承受艙門(mén)作用到機(jī)身上（或機(jī)身作用到艙門(mén)上）的所有載荷。與此同時(shí)，我們還進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。門(mén)框必須能夠承受艙門(mén)開(kāi)啟時(shí)的動(dòng)載。然而，動(dòng)載的變化將引起接口所受載荷的變化并對(duì)結(jié)構(gòu)造成一定的影響。因此要同步進(jìn)行結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，以滿(mǎn)足兩者的性能要求。圖1工程師應(yīng)用仿真技術(shù)分析艙門(mén)組件受力和應(yīng)力狀態(tài)靈活的cae仿真飛機(jī)艙門(mén)的整個(gè)評(píng)估過(guò)程在軟件中可表示為一個(gè)"優(yōu)化”任務(wù)/循環(huán)。艙門(mén)系統(tǒng)定義為設(shè)計(jì)空間。在2D模型中，指定不同殼單元厚度為設(shè)計(jì)變量。優(yōu)化的目標(biāo)是減輕結(jié)構(gòu)重量，但必須保證各個(gè)組件都要滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。這些要求以約束的形式體現(xiàn)，如所選工況下的剛度和應(yīng)力大小。同時(shí)也考慮最大殼厚度和材料類(lèi)型等加工制造約束。這在系統(tǒng)優(yōu)化或單一結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)是有效的。項(xiàng)目進(jìn)程中，我們開(kāi)發(fā)了三種有限元模型（FEMs）：（1）包含全部零件的整體有限元模型，它是由飛機(jī)生產(chǎn)商提供的、簡(jiǎn)化的模型；（2）中間有限元模型，主要用來(lái)評(píng)估工況，這些模型包含了更多的細(xì)節(jié)；（3）詳細(xì)有限元模型，用于強(qiáng)度分析和局部結(jié)構(gòu)分析。根據(jù)組件的構(gòu)成，我們?yōu)槠涠x連接單元和材料，然后選擇分析類(lèi)型。Altair建模和可視化工具一HyperMesh和HyperView，能幫助我們快速響應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范和負(fù)載變動(dòng)并進(jìn)行快速修改。我們先前的前后處理工具無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種快速響應(yīng)。在產(chǎn)品研發(fā)流程中整合AltairHyperWorks工具的另一主要驅(qū)動(dòng)力是它能保證我們按時(shí)完成研發(fā)任務(wù)在此過(guò)程中，我們還發(fā)現(xiàn)了該軟件的定制功能。比如，在艙門(mén)整體系統(tǒng)創(chuàng)建過(guò)程中，我們應(yīng)用HyperWorks的腳本語(yǔ)言進(jìn)行批處理網(wǎng)格劃分和具體分析和求解模型組織過(guò)程的自動(dòng)化。根據(jù)我們的工作流程和具體研發(fā)環(huán)境量身定制的HyperWorks具有多個(gè)好處。比如，通過(guò)創(chuàng)建專(zhuān)有數(shù)據(jù)庫(kù)，我們將活動(dòng)更多的模型控制參數(shù)。同時(shí)HyperWorks提供統(tǒng)一的前后處理環(huán)境?？傊?，這些優(yōu)勢(shì)為縮短我們的。人￡研發(fā)周期做出了重大貢獻(xiàn)。艙門(mén)支撐臂優(yōu)化除了使用cae仿真工具的強(qiáng)度工程師，歐直公司的工程師團(tuán)隊(duì)還包括優(yōu)化專(zhuān)家，他們的工作是評(píng)估艙門(mén)和零部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)。一個(gè)典型的例子是最近的仙童-道尼爾728型飛機(jī)艙門(mén)支撐臂設(shè)計(jì)。應(yīng)用Altair結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件，工程師們獲得了約為20%的減重設(shè)計(jì)。通過(guò)應(yīng)用AltairOptiStruct拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)，工程師能夠在不進(jìn)行多種CAD設(shè)計(jì)方案開(kāi)發(fā)、評(píng)估和反復(fù)迭代情況下結(jié)合產(chǎn)品性能和設(shè)計(jì)目標(biāo)完成概念設(shè)計(jì)艙門(mén)鉸鏈最初設(shè)計(jì)是由OptiStruct綜合艙門(mén)鎖定、緊急開(kāi)門(mén)和敲擊三個(gè)工況給出的最大剛度方案。與此同時(shí)，優(yōu)化過(guò)程中考慮了支撐臂的拔模約束，以便獲得一個(gè)可實(shí)際生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)。然后在滿(mǎn)足所有工況和最大許用應(yīng)力狀態(tài)下優(yōu)化肋結(jié)構(gòu)的形狀和尺寸，進(jìn)一步減輕結(jié)構(gòu)重量。由此帶來(lái)的結(jié)果令人倍受鼓舞的，歐直公司在不降低艙門(mén)支撐臂剛度的情況下減少約20%的結(jié)構(gòu)重量。此外，研發(fā)和驗(yàn)證新型支撐臂結(jié)構(gòu)的時(shí)間從三個(gè)月縮短至三個(gè)星期。與此同時(shí)，歐直公司還將優(yōu)化工具成功應(yīng)用到其它項(xiàng)目中，如工程師進(jìn)行了支線(xiàn)噴氣式飛機(jī)艙門(mén)限位支架和鉸鏈臂仿真分析以及整個(gè)艙門(mén)系統(tǒng)輕量?jī)?yōu)化設(shè)計(jì).、①8AO.蒼U.SW」OM&S①_巖奇、、§￡￥