2022航空航天仿真设计月：面向航空航天工业的仿真设计方案

一、写在文前

大概一年多没有在仿真秀创作了，有很多想说的，又不知道从哪里开始。自2020年4月以来，我在仿真秀做了两期公开课《Hypermesh CFD仿真入门与实例讲解》和《航天卫星CHEOPS结构设计案例与经验分析》，因此结识了不少国内仿真设计工程师，很多人都是搞航空航天研发的，在技术群里交流彼此感慨颇深。以上直播回放在仿真秀官网或APP-小男孩专栏支持永久反复免费回看。

作为仿真从事者，经常被人问起你的工作到底是做什么的？每次都讲的不清不楚，这也引发了我自己的一些深思。每天的工作内容无非就是 拿到3D文件-画网格-跑模型-出错-再跑模型-出结果-写报告-提供优化方案 以此循环。自嘲一下吧，前段时间看到一张圈内流传的照片感觉瞬间戳中笑点：

在过去的一年里参加了更多的非仿真的工作，这些经历使我能更加直观地感受到平时电脑上看到的一串数字。比如有一次我亲自用加速针去测一个结构的振动频率的谐响应还用锤子砸这个结构来得到它的自然振动频率。还有次为了辅助实验室去做一个耐高温材料的导热性能的测量（因为前期的仿真工作是我做的）让我看到一个简化过的模型在真正的实验室里有多复杂也让我发现了我的模型没有考虑到一些热通量的流失。很多类似的经验让我发现了，其实并不是仿真不准确，而是在沟通的过程中会有很多关键信息流失。

如果能让仿真工程师亲自参与到一些非仿真的工作上，我相信仿真会越来越准确。企业也会更愿意信任仿真结果， 据我和国内的工程师的交流中了解到很多做了老半天的仿真工作最后在报告上写一句：报告结果经供参考，一切以实验为准。好了，开始正题吧，废话有点多了。

二、航空业first loop计算

航空作为非常成熟的工业，有着比较规范的结构仿真流程。今天想分享的是 Loop1，希望读者能开阔自己的视野，不要把它局限在今天要展示的模型上，也不要把视野所在航空业里，这个能在任何结构仿真的领域应用。

当一个新的结构设计出来的时候，在最初期要做一个基础的结构的sizing, 也就是定义关键结构件的大小，长度，厚度，高度。在这个阶段不会考虑到细节的部分，甚至连CAD工程师都还没开始工作，或者要和CAD工程师同时开始研究。可能在这个阶段只是某个造型设计师随心画了一个造型。

作为结构仿真工程师，要做的第一步就是了解结构有什么工况，然后根据经验和结构力学的底子对结构进行一个深层次的剖析。拿飞机的水平尾翼来举例子，首先整个尾翼是左右对称的。那如果单看一边的的话，完全可以把它想象成一个本科的时候学的悬臂梁的结构：

接下去就要思考这样一个结构的各种力学工况会使怎么样的，飞机当然会有很复杂的工况，各个角度，不同种类的力和扭矩会作用在它身上。但是任何的力本质都是可以分解成简单的CASE， 这一部分的工作一般会由专门负责loading的部门去定制。

仿真工程师要做的是根据基础的几何信息建一个GFEM (GlobalFinite Element Model) 去做Sizing的工作：

这一类的GFEM模型关键就是鲁棒性(robustness) 模型要足够简单却不失代表性。必须要把尾翼的中央翼盒的关键结构部件给列出来：蒙皮，翼肋，翼梁等。这些结构件都将由非常简单的有限元单元去表达：shell, rod, 单元去组成

根据经验和其他的类似的尾翼结构模型，需要在一开始对模型的单元属性（壳单元的厚度，梁单元的横截面等）进行一个预估。这一阶段的GFEM 我们称它为 pre-sizing。

这样一个模型它的功能性其实是非常强的，虽然不够细致，但是在有限元诞生前，结构工程师们用这样一个结构画在白纸上加上材料力学的分析方法去做强度计算，那也在笔者眼中才是真正的大师。做好这一步，会给后续更细致的工作打下一个非常好的基础。

比较常用的工况施加方式呢是施加在每个翼肋的中间，然后用RBE3单元去分布到各个节点：

还会有一些工况会施加在翼尖上：

输出结果后:

就要进行一个大量的后处理工作，这边将会用Hyperview 后处理技巧，结合Matrix browser 去输出各种结果，然后用excel 去做最后的结果计算。

三、客机水平尾翼结构GFEM仿真

为了帮助从事航空航天结构仿真分析和应用的工程师朋友们，更好地理解航空业first loop计算，5月30日20时（周一），笔者再次受邀在仿真秀2022航空航天仿真设计月“面向航空航天工业的仿真设计方案”的首场讲座带来《客机水平尾翼结构GFEM仿真》。以下是课程安排：

四、航空航天仿真设计学习月开讲

为帮助从事航空航天仿真分析和应用工程师，以及航空航天相关专业理工科学子和教师，以及科研工作者搭建一个专业航空航天仿真技术交流平台，完善航空航天仿真工程师的知识体系，自2022年5月30日起，我们正式启动航空航天仿真学习月系列讲座，具体安排如下：

1、精彩报告不容错过

2、航空航空仿真工程师VIP专享

3、航空航天仿真资料包

徐工，仿真秀专栏作者，本科毕业于马德里康普顿斯大学材料工程（本科）以及马德里机械设计学院有限元结构计算 （研究生）。现就职于法国Sogeclair aerospace 集团西班牙分公司 负责空中客车A320，A380系列尾翼结构计算。长期从事 Hypermesh, Nastran 以及Abaqus 结构相关工作。