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1、HyperWorks 复合材料仿真优化技术及应用 复合材料以其比强度、比模量高，耐腐蚀、抗疲劳等优点，在工业界得到了越来越多的应用。特别是在航 空航天方面，由于钢铁和有色合金很难满足日趋苛刻的重量、 力学等设计性能要求，复合材料更是得到了 广泛的应用。波音787和A350飞机的复合材料用量都超过50%,同时也在研发过程中面临许多重大挑战， 除了大 量的小样件和部段试验件的试验测试，仿真优化技术也是解决各种技术难题，缩短研发周期的重要 技术手段。Altair 公司是世界领先的工程设计技术开发者，旗舰产品 HyperWorks 软件包含了 HyperMesh、OptiStruct、RADIOSS、
2、MotionView、HyperStudy等著名模块，是全球领先的企业级产品创新解决方案。过去10 年, Altair公司投入巨大的人力物力，跟航空工业界紧密合作，基于HyperWorks软件平台，开发了复合材料 建模、仿真、优化、可视化后处理等技术，目前已经在空客和波音等公司得到大量应用。 复合材料建模技术HyperMesh是目前世界上最著名的CAE前处理软件，提供了无与伦比的建模功能和最广泛的CAD和CAE 软件接口。针对复合材料，HyperMesh提供了专业的复合 材料前处理模块HyperLaminate，具有直观便捷 的用户界面（如图 1 所示），可以快速地对复合材料模型进行创建、检查
3、和编辑，直观定义每一铺层的 厚 度、角度及材料属性（纤维及基体），定义各种复合材料失效准则等。HyperMesh支持ply+stack的复合材料铺层定义方式，即定义出各复合材料物理铺层的范围（用单元集表 示），一个物理铺层对应一个ply卡片，然后通过stack卡片把各个ply按次序层叠起来，形成完整的层合 板。例如，复合材料T型长桁与蒙皮胶接结构可以通过图2所示的方法来定义。8 ldn_iruiu PLYbLiTil_fcbRil_aFLYu.1rrCa5LY(* 丿12基手牧爭铺层的建模方法（PlyStack）采用 ply+stack 建模技术，可以方便地对复合材料层合板进行建模和编辑、三维
4、显示和铺层方向显示等 如图 3 所示。复合材料分析求解技术HyperLaminate自带经典的层合板理论求解器，可以计算出层合板的ABD矩阵（如图4所示），以及等效的材料Gl, G2, G3, G4矩阵，可以将复杂的三维各项异性的复合材料层合板等效转换成简单 的二维各向异性材料平板，实现模型信息保密，方便采用PSHELL单元建模。罔H宜弟料眾合棹薪抉解亭电的杵向异乜乖滾RADIOSS是功能强大的有限元求解器，具有线性，显式、隐式非线性求解功能，拥有拉格朗日、欧拉、ALE、SPH 等算法，及有限元、有限体积等数值处理技术；可用于 结构的线性、非线性和流固耦合等问题 的求解。RADIOSS支持复合
5、材料的定义和求解，支持PCOMP定义铺层，PCOMPG定义总体分层，PCOMPP 定义铺层形状及次序，可以方便地求解出各铺层的应力、应变和失效指数。此外，RADIOSS提供多种单元 和材料格式，可以精确地模拟各种非线性现象，如分层，失效、撞击破坏等，如图5所示；提供全面的失 效准则，如Tsai-Wu、Chang-Chang、Hashin、Puck、Yamada Sun&Ladeveze-Allix准则，并且可以在一种 材料中应用多种失效准则。复合材料结构优化和减重技术“为减轻每一克重量而努力”是每个飞机设计工程师的工作信条。复合材料相比金属，天生具有重量轻的优势，如果充分发挥复合材料的可设计性
6、能，在铺层层面上进行优化设计，则更具有轻量化的优势。OptiStruct 具有强大而全面的复合材料优化能力，支持从最初的零件结构样式，到铺层裁剪形状和厚度分 布，到铺层角度和层数（铺层比）的优化，到最终铺层层叠次序的各个阶段的优化设计方法，可以考虑各 铺层的应力、应变、失效、屈曲等性能约束，以及各种工艺要求，提供了前所未有的复合材料优化设计能團客基于OpiiStrucig材料优化国优化设讨力，其设计流程如图 6 所示。铺层圧吓优化原右设讨輔层戢胛总状优応应用案例HyperWorks 复合材料仿真优化技术已经在全球航空工业界得到广泛应用，并取得大量的工程成果，部分案例如图 7图 9 所示。罔白空甫轻司慕同占右琏苻归會制玛乱鸟机舟析结束语图g空客处司采用OptiSLlUtt进行阴50复合材科机異设计HyperWorks复合材料仿真和优化技术已经非常成熟，并在国外新一代飞机（如A350和波音787）研发设计中得到验证，在 Altair 中国的航空航天工程咨询团队同国内单位的复合材料项目合作中也取得许多工程 成果。
