设计仿真 | MSC Apex 助力波音737舱室设计研究

全球2019冠状病毒疾病大流行以前所未有的方式扰乱了我们的生活。对于许多工程师来说，他们的工作受到了重大影响，包括经济限制、制造需求减少以及公司范围内的远程工作。这导致整个航空行业都出现了新的“预算紧缩”，影响了结构设计和分析工程，这部分是航空公司研发支出的一大出处。

Airframe Designs Ltd是一家工程服务提供商，总部位于英国布莱克浦机场企业区，拥有包括飞机、旋翼机和许多类型的内部结构在内的平台和产品。核心业务是航空安全、飞行结构变更和维修认证。从历史上看，由于英国和全球都缺乏经验丰富的航空航天压力工程师，对他们的技能的需求一直很高。

技术已成为飞机工程的重要组成部分，并带来了结构设计的重新演变。如今，概念级CAD和相关有限元模型（FEM）是研发工作的第一步。就像纸牌屋一样，任何低于这个标准的都是不可能的，如果有限元分析是错误的，那么它就全错了。但是，当进度压力导致设计和分析缩短其时间线，并需要几乎并行完成进度安排时，会发生什么呢？Airframe Designs Ltd决定使用MSC Apex来完成这项工作。

图: Airframe Designs Ltd 负责许多商业项目， 如私人飞机上的VIP厨房升级。

全球疫情及其对航空航天行业的影响，要求Airframe Designs Ltd重新思考其许多现有的流程和研发方法，以节省成本，同时改进其整体分析服务。有一个这样的机会出现在波音737新型储物舱设计的建造过程中，该设计由轻质金属和复合材料子结构组成。

一种有效的有限元分析策略的应用不仅需要开发新的设计，而且需要产生对虚拟环境中结构行为的详细理解。Airframe Design的工程师们需要重新设计、压力测试、分析和制造——所有这些工作几乎都是并行的，以便能够尽快交付蓝图。除此之外，在调整疫情造成的损失的同时，有必要向客户提供从早期概念到最终设计的高价值反馈，以赢得客户忠诚度，MSC Apex能够迎接挑战，为Airframe Design 工程师提供快速的结构分析结果，从而满足客户的需求。

在对产品进行了一些初步培训后，Airframe Design的工程团队使用MSC Apex 进行了飞机部件设计的模型构建和分析。CAD和网格之间的关联，以及MSC Apex 的模型验证工具，保证MSC Nastran首次运行计算成功，意味着可以快速进行设计更改，而无需为每次设计更改重新建立仿真模型。

图：波音737储物舱概念CAD设计，由 Airframe Designs Ltd 通过MSC Apex可视化。

“随着设计的发展，传统FEA软件中开发的模型可能难以适应或重新建模 ，在 Apex 中，您只需修改底层CAD，仿真模型就会自动更新。” Bill Thorne，Airframe Designs Ltd首席有限元工程师说。其他功能，如“分析准备”，确保装配体在构建过程中得到验证，模型已准备好使用MSC Nastran进行完整装配体验证。CAE专有的专利技术和Python工具允许多个构建方面的自动化，包括几何修改、网格控制和紧固件连接。因此， 波音737储物舱的重新设计可以按时、按预算完成， 所有结构分析均按照适航标准和要求进行。

图: Airframe Designs Ltd 的测试结果

在此之前，使用其他传统有限元分析软件非常耗时，需要Airframe Designs Ltd的工程师有更多的学习使用经验。MSC Apex有限元模型构建由工程师在最少的产品接触和培训下完成，他们能够比之前学习的任何其他工具更快地构建MSC Nastran模型。相比之下，与之前使用的其他三种传统工具（Patran、Altair HyperMesh和Simcenter FEMAP）相比，该工具的FEA模型构建和分析速度要快得多。“ MSC Apex模型构建时间不到3天，而使用传统工具大约需要8天或更长时间。” —Steffan Evans博士，Evotech CAE有限公司首席有限元分析工程师，签约于Airframe Designs Ltd就储物舱有限元分析模型的建立而言，MSC Apex具有优势的主要技术有：

1.CAE特定的“直接建模”，允许以传统工具集前所未有的方式进行强大的几何编辑、理想化和网格控制。

2.“衍生式模型更新”，其中对基础CAD定义的任何更改都会导致上游模型更改（例如网格、属性和加载）自动更新。

3.Python定制工具，允许多个构建方面的自动化，包括直接从源几何体生成中间表面/复合材料铺层，以及紧固件连接。

4.使用嵌入式 Apex 求解器进行“分析准备”，以确保在构建期间进行特定组件的验证，并进行完整装配体的验证，以确保完整装配体使用外部MSC Nastran分析时，第一次运行成功。

那么，工程团队用节省下来的额外时间做了什么呢? 使用MSC Apex获得的这些效率转化为更多的时间来优化实际的飞机内舱产品。在模型设计上具有灵活性，能够及时满足客户的要求，从客户那里得到的反馈有助于改进飞机客舱各部件的整体设计。