导弹防御公司使用HyperWorks进行推进弹头设计缩短研发时间

本文摘要（由AI生成）：

Dynetics公司，自1974年创立以来，一直是弹道导弹防御和雷达系统领域的佼佼者。尽管在弹头设计与测试上遇到挑战，高昂的测试费用和不稳定的成功率让公司急需解决方案。为此，Dynetics转向计算机仿真，通过HyperWorks软件优化了网格划分，提升了设计流程的精准度。该软件不仅能预测穿甲能力和杀伤力，还能分析弹药飞散倾向和爆炸装置碎片尺寸。仿真结果经实测验证，偏差极小，使得Dynetics能够承担更多设计分析工作，满足客户需求，提高弹头性能。

Dynetics成立于1974年，目前拥有1,100多名员工，是弹道导弹防御领域的领导者，同时它也向防务集团提供雷达系统分析和工程支持。

Dynetics在亚拉巴马洲亨茨维尔研究所开发弹头并进行弹头的场地测试。弹头的主要设计标准包括穿透目标后弹头的完整性以及爆炸装置的杀伤力，达到保护和支持军队的目的。Dynetics的导弹弹头研发工程师通过对各种防御系统进行分析和测试来评估弹头的设计——从直升机携带的Borne Hydra 70导弹到从捕食者无人驾驶飞机发射的地狱火导弹。由Altair公司提供的CAE 虚拟测试解决方案HyperWorks已成为导弹弹头研发中的重要组成部分。

挑战: 高昂的样机测试费用

对这些装置进行物理测试是非常昂贵的。一个简单的弹头穿甲能力测试需要花费40,000美元，如果包含硬件和爆炸性弹药，测试费用将高达50,000美元。最近几年，Dynetics一直是利用最佳的工程判断和以往经验去设计和测试新装置，但是这个过程时而成功时而失败，像是在碰运气。Dynetics的弹头工程师David Pugh说：“越来越高的测试费用让人望而却步，想要测试所有项目是不现实的，而且也是没有效率的。”

所以国防工业在第一个原型样机制造之前开始使用计算机仿真和分析进行设计和测试。

Dynetics几年前开始将有限元仿真嵌入到弹头设计流程中，但刚开始时使用的软件的质量无法令人满意。David Pugh说：“我们使用原先的有限元软件时，无论是软件的稳定性还是对复杂几何体划分均匀高质量网格都存在困难。而为了生成可用的网格我们不得不花费大量时间在CAD软件中简化几何。”

解决方案: HyperWorks强大的功能

弹头设计的实体模型
试验

由于要创建从2,000到2,000,000不等的有限元分析模型，Dynetics决定寻找能满足他们要求的更先进的软件。

他们尝试了六种不同的前后处理软件包。其中很多都有不错的网格划分能力，但是在与求解器交互方面不够灵活。唯独Altair HyperWorks完美地满足了所有要求。

David Pugh说：“HyperWorks拥有最好的网格划分工具和后处理可视化工具，并且与求解器配合良好。”

在过去的几年中，Dynetics使用HyperWorks前后处理建模、仿真计算弹药的穿甲能力以及预测武器系统的杀伤力。通过仿真还得到了弹头穿过障碍物时的受力情况以及引信等弹头后面的部件是否可以保持良好工作状态的相关信息。

通过使用HyperWorks进行仿真，得到应力云图、弹药飞散倾向性、穿透质量和穿透的时间结构。对于爆炸装置，Dynetics使用仿真预测碎片尺寸和崩裂过程、碎片的飞离角度和速度。

穿甲试验 - 墙体破裂

结果：前处理仅用了一半时间

David Pugh每周要做15至20次分析，HyperMesh和HyperView帮助他减少了工作时间，还提高了工作效率。“与原先的软件相比， HyperWorks在前处理上只花了一半时间，而后处理时间也减少了20%。这使我可以以更快的速度得到质量更高的模型，进行更严格的分析，还可以拓展我的工作范围。”

特别是通过使用HyperWorks在评估武器的杀伤力方面节约了极其可观的时间，通过微调弹头几何获得更好的收敛结果，使穿甲能力更具鲁棒性，从而最终提高了弹头到达目标途中的生存能力。

目前，仿真结果已经通过现场实测获得验证。所有通过HyperWorks仿真设计预测的弹头性能偏差在10%以内，其中绝大部分在5%以内。

David Pugh已经在对更多的设计做更多分析，并且已经能够承担额外的分析工作来验证主要军队承包商的工作。

他现在有了更多的时间和更佳的工作效率来支持和满足客户需求。

David Pugh说：“HyperMesh为Dynetics提供了一种在复杂拓扑条件下精确生成网格的方法，而HyperView提供了强大的可视化和文档化工具，从分析到原型样机所需的时间被极大地缩短了，现在我们可以使用更精细的模型做更多的分析了。”