基于ANSYS的飞机机翼仿真分析模板库建立

摘 要：飞机机翼的力学性能对整个飞机的飞行影响非常重要。随着计算力学的发展，飞机机翼的有限元性能分析朝着集成化、结果一致性的方向发展。本文通过ANSYS的ACT平台，建立了基于ANSYS Workbench的飞机机翼仿真分析模板库，可以实现机翼参数化建模、强度分析和模态分析。通过调用该模板库，可以提升仿真分析的效率，同时可以确保分析结果的一致性。

关键词：飞机机翼模板库;ANSYS Workbench;ACT平台;仿真分析;

一、引言

飞机机翼作为关键结构，对飞机的飞行性能影响至关重要。采用有限元分析对机翼进行正向设计或者设计优化已成为当前机翼设计的通用做法。机翼的优化迭代需要重复地绘制机翼几何模型，降低了设计效率。而参数化的机翼模型可以快速进行建模，减少工作量，提高效率，缩短了设计周期，并且方便修改[1]。基于参数化模型的基础，整合强度分析、模态分析性能评估，形成机翼仿真分析模板库，提升效率的同时，可以确保仿真分析的一致性。

二、机翼仿真分析模板库的建立过程及案例展示

2.1机翼仿真分析模板库构建

ACT平台的全称是ANSYS Customization Tools，是ANSYS Workbench应用环境的客户化定制开发工具，主要解决用户在工程仿真应用中遇到的功能自定义和程序扩展的问题。借助ACT，用户可以在ANSYS已有功能的基础上，定制开发适合自身专业特点与特殊业务需求的新功能。使用ACT平台，可在Workbench Project标签中定制仿真工作流，将仿真工作流集成，过程和脚本组合进ANSYS生态系统。

整个机翼仿真分析模板库在ANSYS ACT平台进行实现，建立过程包括搭建用户输入界面、机翼参数化建模、分析计算等。

2.1.1模板库开发

模板库的功能开发通过Python驱动、XML接口、HTML显示来完成，如图1所示。Python负责调用Workbench平台的功能模块，并在模块内进行分析计算等，包括在几何模块进行几何建模，在分析模块进行网格划分、边界条件加载和求解计算。XML接口负责搭建用户输入界面，并调用Python文件进行功能运行。在界面显示中，能调用并显示HTML格式的帮助文档，辅助说明模板库的操作。

图1 模板库使用的语言 

2.1.2模板库界面及流程图

针对机翼模板库，在流程上分为Geometry模块的几何创建，Static Structural模块的结构分析计算，以及Modal模块的模态分析。在ACT平台搭建中，采用基于ANSYS Workbench模块的方式进行流程搭建，如图2所示。通过ACT创建的用户输入界面，包括左侧的分析流程、右侧的参数输入区域（参数化建模）、底部的帮助说明文档，如图3所示。

图2 模板库的流程图 

图3 ACT创建的用户输入界面 

2.2机翼仿真分析模板库案例展示

通过在参数化界面输入符合要求的参数创建了某机翼模型，对其进行了模板库仿真测试。机翼模型、强度分析输出的应力结果、模态分析的频率结果，分别如图4至图6所示。

图4 某机翼模型 

图5 应力云图计算结果 

图6 模态频率计算结果 

三、结论

本文简要介绍了通过ACT平台建立了基于ANSYS的飞机机翼仿真分析模板库，可以快速实现机翼参数化建模，并集成仿真流实现了对机翼力学性能的评估，包括强度分析、模态分析。该飞机机翼模板库的建立，可以提升机翼设计和优化的效率，同时能保证有限元分析结果的一致性。

参考文献

[1] 郭佼.基于CATIA二次开发的机翼参数化建模.中国科技信息，2023;691(02):47-50

[2] 王建礼，张帅，石伟峰等.民用飞机概念方案翼盒结构总体有限元快速建模.航空科学技术，2019;30(10):16-23

[3] 毛弋方，邢宇，欧阳星等.基于参数化有限元方法的机翼重量预测.民用飞机设计与研究，2015;117(02):10-14

[4] 刘嘉，熊俊，赵新新等.某通用飞机复合材料机翼静力强度的有限元分析与试验研究.复合材料科学与工程，2020;313(02):39-43

文章来源北京力学会第二十九届学术年会论文集