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CAE仿真分析应用之军工行业——元计算pFEPG

已有 4476 次阅读 2012-9-4 17:27 |个人分类:学习|系统分类:科研笔记| 有限元, pFEPG, 元计算, 军工, CAE仿真分析

http://www.ectec.asia/hy_qt.asp

     有限元（FEA）软件是现代工业生产领域，特别是军工行业设计、生产各个环节中进行计算机模拟仿真、设计验证的重要工具。目前我国计算市场上充斥着各种国外的主流商用软件，如NASTRAN，ANSYS，LS-DYNA等。这些软件从可靠性、易用性、友好性等角度来看诚然有很大的优点，然而如果从模拟技术的难度和复杂度来衡量，这些软件仍属于低端和普通计算领域，无法满足尖端研发领域，尤其是军工领域很多实际的计算需求。比如我们熟知的洛克西德－马丁公司、波音公司等在自己的生产设计过程中使用的软件，根本就不是现在市场上通用的这些软件，特别军品设计中常用的冲击、爆炸、损伤模块、水下冲击模块（用来计算潜艇的抗爆防护能力，美国称为USA-Underwater Shock Analysis）、与设计密切相关的军用材料数据库模块等，更是完全的自主研发而成，且绝对的对中国禁运。
      军工产品的生产，是比一般工业品生产级别更高，要求更严，复杂程度更大，自主性更强的生产类型。一个国家工业水平的高低，最直接的体现就是其军工水平，而目前来军工领域信息化的水平直接决定了其整体性能的先进性，这其中自主知识产权的CAE能力就是最核心的一个要素。国外由于长期的技术积累和先发优势，在这方面明显领先。而国内尽管有许多“作坊式”的研究机构和一些原型级别的应用软件存在，然而由于运行体制、政策支持等原因，尚未形成真正合力和具有市场能力的实体。元计算（天津）科技发展有限公司,作为全国仅有的提供通用计算平台和源码级合作的服务商，作为全国仅有的拥有通用并行能力的服务商，坚持完全国有、高端研发的技术特色，坚持市场化运行和经济驱动机制，坚持国家战略性方向为导向的发展理念，致力于在军工领域全面打造高水平的自主知识产权的高端计算软件，提供全面定制化的高端计算服务。
      军工生产领域涵盖的范围极广，而其中大部分都牵涉到数值仿真，与各个行业、各个军兵种都有很大关联。通过pFEPG平台，元计算能够为海军、空军、二炮等提供全部类型的有限元数值仿真的计算服务和专用软件开发服务。

军工领域应用案例：

1、弹托弹芯结构静力学分析

弹托弹芯结构具有轴对称性，取总体的四分之一进行分析，几何模型如下图所示。
共有两种材料：外围弹托为金属铝材料结构，内部弹芯为金属钨材料结构，两种材料结构之间锯齿状啮合紧密。

计算模型剖面图

三维网格图

沿轴向变形云纹图

2、化爆作用下无梁板结构的冲切动力响应分析

在常规武器隔土爆炸整体作用下，土中浅埋无梁板结构的破坏一般分为弯曲破坏和板柱节点处的冲切破坏；发生弯曲破坏时，结构具有较好的延性，而冲切破坏则不同，冲切破坏发生突然，属典型的脆性破坏，延性差，且冲切破坏造成冲切锥体外的板结构与支撑柱的脱离，结构抗力急剧下降，可能造成冲切锥体外的板结构发生严重的坍塌破坏。
为研究化爆作用下无梁板结构发生冲切破坏情况下的抗爆性能，利用pFEPG从化爆产生的土中自由场地冲击出发，采用介质结构相互作用理论确定结构压力，利用混凝土双剪强度理论，建立了无梁板结构冲切抗力模型，并对试验结果进行了分析，分析结果与试验结果吻合较好。

结构位移理论解与试验值的比较结构加速度理论解与试验值的比较界面压力理论解与试验值的比较

3、建筑群对气体爆炸的响应
建筑群进行抗爆设计是一个很复杂的问题，必须对各方面的因素进行综合权衡，因为一方面各个建筑群遭受爆炸荷载作用的几率不一样，而爆炸本身出现的机会也远小于常规荷载，另一方面一旦结构遭到爆炸袭击又将产生灾难性的后果。更好的对结构进行防爆安全设计不只体现在结构设计阶段，较早的对结构布局及建筑形式、结构体型的考虑会对今后结构的整体防爆安全性能起到至关重要的作用，另外各种安全监视系统的布置也十分重要，所以结构抗爆设计工作所涉及的范围更广，应考虑的问题更多。如图4模拟分析了建筑群对气体爆炸的动力响应情况。