北京创联智软科技有限公司
Beijing Intelligent United Innovation Technology Co., Ltd.
航空航天

航天仿真解决方案

在国内国际航天领域中从飞行器设计制造到飞行过程模拟已经大规模的使用数值模拟手段。作为航天领域企业,拥有先进的制造和生产测试设备,产品后续制造工艺非常广泛,涉及有各种金属铸造、锻造、焊接和热处理等加工工艺。制造工艺的模拟对于提高生产制造水平有着非常重要的意义。

制造加工工艺

由于航天零件材料成本高,加工精度高,如果只依赖传统的手段进行工艺的试验、测试和评估,对企业创新有很大的阻碍。而数值模拟技术可以极大的提高现有的技术手段,辅助制造加工工艺,提高加工水平,提高产品精度,减少生产研发周期。

材料数据库管理

现在随着虚拟设计、仿真分析、数字化制造的大量应用,在材料管理方面存在的一些问题成为了制约技术提高的瓶颈因素之一。如何能有序的管理材料数据库是目前需要考虑的一个问题。材料数据库管理系统能够解决此类问题,为企业的数据调用及存放提供有利手段。

模拟产品解决方案

1 锻造工艺模拟

QForm可以模拟包括模锻,自由锻,辊锻等工艺。模拟其中的锻件的成形和缺陷分析,模具设计及寿命分析。

1温度场模拟

     温度场模拟可以模拟锻造工艺过程中各个位置的温度变化,可以帮助我们判断材料的成型性。

2材料成形流动分析

     软件可以预测坯料锻压过程中的材料流线,可以帮助我们判断锻压过程中材料的流动,预测可能出现的折叠及未充满缺陷。并且通过修改模具圆角等方式,改善锻造工艺,消除可能出现的锻造缺陷。

3压力分析

     Qform可以计算材料锻压过程的压力,对压力机以及锻造工艺的选择提供了参考。

4应力应变分析

     可以分析材料在锻造过程中的应力以及应变。可以得到平均应力,有效应力和各个方向的应力以及主应力。

5飞边分析

     Qform可以分析成形的飞边的挤出厚度及大小,可以分析下料量及挤压过程的合理性。

6模具应力磨损

     软件在计算坯料成形的同时计算模具的变形应力及磨损,通过计算模具应力,发现模具受到应力最大的位置,可以提前对模具或者锻造工艺进行改善,避免模具的提前损坏,提高模具的使用寿命。

7零件轮廓输出

可以输出零件锻造过程中及锻造后的轮廓,观察锻件的成形性。

8 案例展示

折叠位置分析

2 热处理工艺模拟

     QForm热处理功能

1温度场

模拟热处理过程中的温度场变化,对于不同的加热或冷却条件采用不同的环境数据,模拟淬火,回火等过程。保温时间等可以自己根据实际情况定义,很好的模拟再现热处理过程。

2晶相转变预测

可以预测由于温度变化引起的晶相组织变化,如马氏体,贝氏体。

3预测加热时间

对于不同的设备加热,加热的时间会有所不同,采用软件模拟的方法,可以预测材料的加热时间,内部温度分布的情况,对于加热的控制起到辅助指导的作用。

4优化热处理工艺参数

对热处理工艺参数有一定的优化作用,热处理方式,淬火介质,喷雾冷却,冷却时间等情况模拟,分析何种工艺参数符合我们对于热处理控制的要求。

5热处理变形预测

QForm中对于热处理采用热弹塑性模型,可以计算由于热处理引起的变形,预测各位置变形的大小及具体尺寸。

6预测残余应力

可以预测热处理过程中的应力分布,内应力的减少情况,及应力集中的位置。

7硬度及拉伸强度

预测热处理后最终零件的表面及内部硬度和材料的拉伸强度。

热处理晶粒度分析

3 铸造工艺模拟

     Solidcast软件功能:砂型、金属型、熔模、壳型、低压等常见工艺的充型、凝固、缺陷预测、工艺设计、自动优化。

1 流场模拟模块实现功能:

随时间的流动位置,预测卷气、冷隔浇不足,随时间的压力分布,流动过程的温度分布,流场动画,流场矢量动画;

2 温度场模拟模块实现功能:

计算铸件、铸型凝固冷却过程中随时间的温度变化,温度梯度,凝固时间,缩孔、缩松等缺陷预测,凝固过程,温度场动画,凝固进程动画,铸件毛坯工艺,热节初算,铸件毛坯缺陷位置初算;

3 材料数据库模块:建立各种铸造材质与温度有关的热物理数据,必要的铸造合金及造型材料热物理数据库,包括补充及完善热物性数据库;

4后处理实现功能:三维彩色图形显示后处理;整体显示结果,不同截面显示结果,流动及凝固动态显示结果,旋转、缩放显示,流动矢量显示

5案例展示

高压铸造温度,流速,空气压力,裹气分析

4 焊接工艺模拟

Virfac焊接模拟软件可以模拟包括TIGMIG,激光,等离子等熔化焊和FSW等固相焊。

1 评估材料,零件形状,工艺参数,装夹条件

Morfeo/welding可以结合焊接性试验,在设计阶段对焊接零件的材料及零件形状,工艺参数,输入能量,焊接顺序,焊接速度,焊接位置,夹具进行分析,减少实验成本和材料浪费,减少工艺设计的周期,得到合格的零件。

2 预测零件变形

焊接过程包括熔化焊,不可避免的会产生焊接变形,如何能够预测焊接变形并控制焊接变形成为焊接工程师的主要方向,借助有限元软件,我们可以方便的改变焊接顺序、焊接位置、装夹方式等条件,预测变形并且使之最小化,进一步提高产品的整体质量以及显著的降低生产成本。

3 预测残余应力,预测裂纹

零件在焊接过程中肯定会产生应力,进行焊接模拟的目的是控制生产过程,最大限度地减少应力梯度和表面张力,减少负载循环中产生的裂缝,使得产品的寿命得到延长。同样使用数值模拟软件Morfeo/welding也可以检测到零件表面的压应力,因此避免由于拉伸应力造成的裂纹风险,从而提高产品的质量。

4 减少生产成本

通过软件模拟可以取代一部分焊接试验,以及焊接试验需要的材料,加工及人力成本,加快产品工艺改进及生产周期,提高生产效率,从而减少生产成本。

5 案例分析

    

              发动机电子束焊接应力分布               铝合金搅拌摩擦焊温度场

5 机加工工艺模拟

Virfac-machining软件功能分析机加工引起的变形,软件特点

   优化机加工工艺,减少变形

   优化加工顺序

   方便定义多工步加工

   考虑加工厚度

   考虑装夹条件

   使用加工前工件的网格

   可以考虑初始残余应力

Virfac-machining机加工模拟的目标

   最小化变形

   减少加工工艺制定时间

   提高工具寿命

   最小化残余应力

   计算释放夹具前后的变形

空客飞机前舱壁-铣槽完成后变形分析

6 钣金冲压工艺模拟

  Fastform主要模块功能,钣金成形快速分析,预测起皱,拉裂,厚度不均等缺陷,并分析成形极限图;排样优化,各种卷材,带材排样分析,效率对比;精密冲压分析,可以优化模具设计。

FASTFORM®Advanced冲压快速成形性分析软件

FASTFORM®Advanced提供了针对冲压件、压料面和模面设计过程中的冲压成形性的快速分析计算与评估。冲压成形结果综合考虑了冲压件或模具几何因素、材料性质、摩擦、压料面、工艺补充面、压边力、压力垫压力、拉深筋和拼焊板的因素。

FASTFORM®Multistage冲压多工序快速成形性分析软件

FASTFORM®Multistage采用新的有限增量技术(Finite IncrementTechnology)隐式求解技术,提供涉及冲压多工步成形过程分析的必要工具。对于设计多工步中间成形过程的切边线同时,应变轨迹实现从一个工步到下一个工步的跟踪功能。

FASTincremental冲压成形精密分析软件

FASTincremental强大的显式增量分析求解器基于历经业界证明的LS-DYNA求解器。FASTincremental软件对于应用工程师,无需具备专业有限元知识背景,它提供许多新的先进功能(如自动计算板料大小、形状和位置,自动工艺参数设置,自动模具模面提取功能,和自动压料面生成),帮助工程师完成详细的虚拟试模工作。

板料厚度分析

7 结构完整性模拟

Morfeo-carck功能,分析零件的疲劳寿命,裂纹扩展方向,软件特点为:

    断裂力学专业软件

    使用损伤容限理论

    使用XFEM结合level-set方法

    三维裂纹扩展过程

    解决真实复杂裂纹工业问题

    同时处理多裂纹

    计算应力强度因子和预测断裂

    考虑周期性边界条件,预测零件寿命

裂纹扩展方向预测

8 CFD及多物理场分析

Fluidyn是唯一结合先进的三维建模和工程分析、,数字样机、和必要的行业经验在一起的工程应用软件,以帮助解决航天行业最困难和复杂的问题。

发动机、飞船、降落伞和微重力预测
静态和动态的结构分析和固液耦合分析
机翼和的相互作用、发动机涡轮引擎设计
飞机,直升机,飞船,降落伞的内部或外部的气动力流场分析和颤振分析
超声速燃烧室、加力燃烧室喷管、燃烧室等的燃烧分析
汽球和降落伞打开
内部声学分析

9 材料数据库管理平台

随着工业相关技术的不断发展,尤其是虚拟设计、仿真分析、数字化制造的大量应用,在材料管理方面存在的一些问题成为了制约技术提高的瓶颈因素之一,主要表现在:

1.材料数据零散且遍布于设计、制造人员手中,没有统一的管理,数据共享性差;

2. 材料性能测试标准不一,测试方式多样,缺乏专业人员进行规划,准确性无法保证;

3. 数据繁多、杂乱,难以实现数据检索、比较,只能借助经验选取材料;

4. 数据主要集中于简单的力学性能数据,缺乏理化性能及工艺性能等部分;

5.缺少对材料来源、批次以及试验状态、原始数据的信息,难以保证数据可追溯性;

6. 缺乏材料信息与仿真、加工环节的关联机制,难以将其直接、准确地应用到工程实际当中;

7. 各个部门的数据独立,造成重复测试、资源严重浪费。

因此,建立一个统一、专业的航天工业材料数据管理系统,实现对复合材料、常温金属材料、高温金属材料及非金属材料的有效管理,成为推动技术提升的重要工作。同时,这样一个系统也将是国内航天领域具有创新性的尝试,将大大提高工作效率。

材料数据库内容组成


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