中国飞机强度研究所常亮：国产CAE软件SABRE2024研发与应用
导读：在第八届中国航空强度技术发展高峰论坛上，我国大型自主结构分析CAE软件SABRE系统2024版成功发布，中国工程院院士王华明、王向明、李东，SABRE系统总设计师、中国飞机强度研究所王彬文研究员共同为软件发布揭幕。
一、SABRE系统2024版发布
在SABRE系统2024版发布现场，王向明院士指出，大型结构分析软件是研制高端航空武器装备的核心关键工具，中国飞机强度研究所（简称强度所）聚焦拓展功能、提升性能、激发使能和协同赋能研发发布的SABRE软件新版本，内涵丰富、特色鲜明、生态完整，是新时期自主创新不可或缺的基础平台，对于装备强度技术研究和型号研制具有重大意义。新版本立足新时代装备研制急迫需求，紧密结合工程应用场景打造了面向需求拓展能力、针对痛点提升性能、理解习惯挖掘使能、发挥优势协同赋能等四种功能：面向装备典型需求拓展功能，在几何/材料/接触非线性分析、裂纹扩展分析、机体噪声快速预计等方面实现新功能扩展；针对工程应用痛点提升性能，在数值算法并行化改造、模型数据预检、容错报错机制等方面，实现计算效率和鲁棒性大幅提升；深度理解用户习惯挖掘使能，在几何清理与修复、网格剖分、脚本驱动等方面，实现用户交互能力显著提升；发挥软件体系优势协同赋能，充分发挥开放式架构、通用功能及数据库优势，实现各行业专用分析工具的快速定制。自2018年起，面向大型复杂装备的研制需求，中国飞机强度研究所整合行业资源，历时4年研发推出全新的SABRE（Structural Analysis BREezing）系统。采用新一代TE8 CAE软件架构，支持亿级自由度矩阵求解，适应高性能、云计算等异构计算环境。围绕装备结构完整性设计要求，为装备研制关键环节提供专业的解决方案，实现了工具链的完整覆盖，形成了“通用、专用、数据库”三层CAE软件体系。在通用平台方面，SABRE系统提供了精确的结构响应计算手段和高效的结构减重手段，包括线性静力分析、线性屈曲分析、非线性分析、模态与振动分析、气动弹性分析、工程准则法优化、数学规划法优化和复合材料铺层优化等功能。
在专用软件方面，SABRE系统面向航空装备研制，提供了起落装置动力学分析、疲劳分析、载荷处理和强度校核等特色功能。在数据库方面，提供工程材料数据库、强度模型库和典型结构破坏模式库，为本构模拟、失效分析等提供数据保障。
二、国产结构分析SABRE软件工程应用
SABRE 在工程应用中贯穿了结构的整个生命周期，从设计、制造、施工到运行和维护，为工程师提供了强大的分析工具和决策支持，有助于提高工程结构的质量、安全性和可靠性。目前，SABRE系统已应用于5个行业、20余家高校、40余型装备、180多个应用场景中，覆盖了结构优化、载荷设计、应力分析、强度校核、颤振设计等主要场景。结构强度校核：飞机的机身、机翼、发动机支架等关键部件在飞行过程中承受着巨大的载荷，SABRE 软件可对这些部件进行精确的强度校核，确保其在各种极端工况下的安全性。例如，通过模拟分析可以确定部件的应力分布情况，找出应力集中区域，为结构的优化设计提供依据，保障飞机的结构完整性和安全性。
气动弹性分析：在高速飞行时，飞机结构与气流之间存在相互作用，会产生气动弹性问题。SABRE 软件能够结合空气动力学和结构力学，对飞机的气动弹性进行分析，研究飞机结构在气流作用下的变形和应力分布，以及这种变形对飞机气动性能的影响，为飞机的气动设计和结构设计提供支持。振动与模态分析：飞机在飞行过程中会受到发动机振动、气流扰动等多种因素的影响而产生振动。SABRE 软件可以对飞机整机以及关键部件进行振动和模态分析，确定其固有频率和振型，帮助设计人员找出潜在的振动问题，并采取相应的减振措施，提高飞机的飞行舒适性和安全性。
损伤容限分析：飞机在长期使用过程中，结构可能会受到疲劳、冲击等损伤。SABRE 软件可以进行损伤容限分析，评估结构在有损伤情况下的剩余强度和寿命，为飞机的维修和使用提供决策依据，确保飞机在存在一定损伤的情况下仍然能够安全飞行。船体结构分析：船舶的船体结构复杂，需要承受海水压力、波浪载荷、货物重量等多种载荷。SABRE 软件可以对船体结构进行强度分析，评估船体在不同航行条件下的应力和变形情况，为船体的设计和优化提供支持。例如，通过分析可以确定船体的薄弱部位，进行加强设计，提高船体的结构强度和可靠性。
海洋环境模拟：船舶在海洋中航行，会受到海洋环境的影响，如海浪、海流、海风等。SABRE 软件可以模拟海洋环境，将海洋环境载荷与船体结构分析相结合，研究船舶在复杂海洋环境下的响应，为船舶的适航性设计和航行安全提供保障。车身结构优化：汽车车身的结构设计对汽车的安全性、舒适性和燃油经济性等方面都有着重要影响。SABRE 软件可以对车身结构进行优化设计，在满足强度和刚度要求的前提下，尽可能减轻车身重量，提高汽车的燃油经济性。例如，通过对车身的拓扑优化、形状优化等方法，可以找到最优的车身结构设计方案。碰撞安全分析：汽车的碰撞安全性能是消费者关注的重点。SABRE 软件可以模拟汽车在碰撞过程中的力学行为，分析碰撞能量的吸收和传递情况，评估汽车的碰撞安全性能。通过对碰撞安全的分析，可以优化汽车的结构设计，提高汽车的碰撞安全性。机械零部件设计：机械零部件的结构设计需要考虑其在工作过程中的受力情况和可靠性。SABRE 软件可以对机械零部件进行强度分析、疲劳分析等，为零部件的设计和优化提供支持。例如，对于齿轮、轴承等关键零部件，通过分析可以确定其应力分布和疲劳寿命，进行合理的设计和选型。机械设备的振动分析：机械设备在运行过程中可能会产生振动，影响设备的正常运行和使用寿命。SABRE 软件可以对机械设备进行振动分析，找出振动的原因和振源，采取相应的减振措施，提高设备的运行稳定性和可靠性。建筑结构分析：对于高层建筑、大跨度桥梁等大型土木工程结构，SABRE 软件可以进行结构分析，评估其在自重、风荷载、地震荷载等作用下的应力和变形情况，为结构的设计和施工提供支持。例如，通过对建筑结构的抗震分析，可以确定结构的抗震性能，采取相应的抗震措施，提高建筑的安全性。地下工程分析：在地下工程中，如地铁隧道、地下管廊等，需要考虑土体的力学性质和地下结构的相互作用。SABRE 软件可以模拟地下工程的施工过程和运营过程，分析土体的变形和地下结构的应力情况，为地下工程的设计和施工提供参考。三、2024国产工业软件新进展—SABRE研发与应用
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