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[灌水] NEi Nastran复合材料助“龙”飞船发射成功

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发表于 2012-6-1 10:49:51 | 显示全部楼层 |阅读模式

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格林尼治时间5月25日16时,由美国太空探索技术公司发射的“龙”飞船与空间站“和谐”号节点舱成功对接。全球首架民营商业飞船成功造访国际空间,SpaceX公司创造了历史!
太空探索技术公司(SpaceX)是一家由PayPal早期投资人Elon Musk建立的美国太空运输公司。它开发了可部分重复使用猎鹰1号和猎鹰9号运载火箭。SpaceX同时开发Dragon系列的航天器以透过猎鹰9号发射到轨道。SpaceX主要设计、测试和制造内部的部件,如Merlin、Kestrel和Draco火箭发动机。
NEi Nastran作为一家高技术软件开发和应用公司,也为商业宇航运营的大发展并参与其中而感到非常振奋! NEi Nastran是一套先进可靠的高精度有限元分析软件,尤其是NEi复合材料分析模块更加独树一帜,它可以分析复合材料每层的应力,有多种失效理论(MCT, Hill, Hofman, Tsai-Wu, LaRCO2, Max Stress, Max Strain, Puck),精度最高的是基于微观力学的多组分失效理论MCT(Multi Continuum Theory),NEi Nastran可以根据这些失效理论进行累积失效分析(PPFA, Progressive Ply Failure Analysis)。复合材料的每层的实力状态是不一样的,有的层受力大,有的层受力小,受力大的层可能提前失效,首层失效后,其他层来承受载荷,随着载荷逐渐增加,其他层就可能继续失效,然后又有可能出现失效的铺层。NEi Nastran可以根据多种失效理论来计算上面所说的累积失效分析。NEi Nastran可以用多种可视化方式来显示复合材料的力学和失效特性,提高产品质量,节省样机制造的时间和成本。现在,方程式F1赛车,美洲杯赛艇,环法自行车赛以及上面提到的商用太空船等都是应用NEi Nastran的高端项目典型代表。其中,美国太空船公司、美国复合材料公司(Scaled Composites)都是NEi Nastran具有代表性的商业航天工业用户。接下来,维珍银河公司运营的太空船2号(Spaceship 2)即将进行载人太空商业飞行,如果成功的话,必将带来跨时代的航天应用革命。我们也希望NEi Nastran软件能够继续在太空船2号及将来更多的太空飞船项目的设计与研发过程中发挥更大作用,共同开创人类宇航事业的新时代!
NEi相关知识介绍:
下图中是用MCT失效理论预测的太空舱的失效,红色部分是纤维的失效,绿色部分是机体即纤维的失效。与实验结果对比,误差小于2.5%。
NEi Nastran Basic (Nastran基本包)
NEI NASTRAN的主要功能模块有:基本分析模块(含静力、模态、屈曲、热传导模块,非线性分析)。作为世界CAE工业标准及最流行的大型通用结构有限元分析软件, NEI NASTRAN的分析功能覆盖了绝大多数工程应用领域,并为用户提供了方便的模块化功能选项, 线性接触,线性粘接,惯性释放。
ü         静力分析,是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段, 主要用来求解结构在与时间无关或时间作用效果可忽略的静力载荷(如集中/分布静力、温度载荷、 强制位移、惯性力等)作用下的响应, 并得出所需的节点位移、 节点力、 约束()力、 单元内力、 单元应力和应变能等。 该分析同时还提供结构的重量和重心数据。 NEI NASTRAN支持全范围的材料模式,包括: 均质各项同性材料,正交各项异性材料, 各项异性材料,随温度变化的材料。方便的载荷与工况组合单元上的点、线和面载荷、热载荷、强迫位移,各种载荷的加权组合。
ü         屈曲分析,主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷,NEI NASTRAN中屈曲分析包括: 线性屈曲和非线性屈曲分析。线弹性失稳分析又称特征值屈曲分析;线性屈曲分析可以考虑固定的预载荷,也可使用惯性释放;在算法上,NEI NASTRAN采用先进的微分刚度概念, 考虑高阶应变-位移关系, 结合NEI NASTRAN特征值抽取算法可精确地判别出相应的失稳临界点。
ü         非线性分析,通过非线性分析工程师可充分利用材料的塑性和韧性。薄壳结构或橡胶一类超弹性体零件在小变形时受到小阻力,当变形增加时阻力也会随之增大, 所有这些如果用线性分析就不能得到有效的结果。 类似地, 非线性分析还可解决蠕变问题,这点对于高聚合塑性和高温环境下的结构件尤为有用。接触分析也是非线性分析一个很重要的应用方面,如轮胎与道路的接触、齿轮、垫片或衬套等都要用到接触分析。
ü         热传导分析,用来校验结构零件在热边界条件或热环境下的产品特性,利用NEI NASTRAN可以计算出结构内的热分布状况,并直观地看到结构内潜热、热点位置及分布。用户可通过改变发热元件的位置、提高散热手段、或绝热处理或用其它方法优化产品的热性能。
NEI NASTRAN提供广泛的温度相关的热传导分析支持能力。 基于一维、二维、三维热分析单元,NEI NASTRAN可以解决包括传导、对流、辐射、热控系统在内所有的热传导现象,并真实地仿真各类边界条件,构造各种复杂的材料和几何模型,模拟热控系统,进行热-结构耦 合分析。
NEI Nastran Dynamic ResponseNEI Nastran动力响应)
         NEI.Nastran是高级计算机辅助工程(CAE)工具,全球主要制造商(航空航天、汽车、船舶、机电、核能、兵器、机械等)都依靠该软件来进行关键的工程计算,满足他们对安全、可靠、更快、优化设计的需求。NEI Nastran Dynamic Response提供了一套高级工具,旨在为用户提供一个灵活工具来分析模型响应,这些模型承受随时间或者频率而变化的载荷。
因此NEI Nastran Dynamic Response提供了广泛的动力响应仿真功能:正则摸态分析和复特征值分析、频率和瞬态响应分析、声学分析、响应和冲击谱分析、部件模态综合和随机振动分析。另外,它还能够有效地与其它分析类型耦合,比如超单元、非线性分析、设计灵敏度和优化。
可以用这些解决方案类型来提供大量的高级仿真功能,分析更复杂的现象,比如控制系统、耦合流体/结构、陀螺(Gyroscopic)效应和科里奥利(Coriolis)效应以及传输功能。
NEI Nastran Dynamic ResponseNEI Nastran的一个专用增加模块,NEI Nastran Advanced Bundle里面包含该模块。
NEI Response Simulation (动力响应分析)
全面的动力学分析功能包括: 正则模态及复特征值分析、频率及瞬态响应分析、随机响应分析、响应及冲击谱分析。提供了求解所需齐备的动力和阻尼单元,可在时域或频域内定义各种动力学载荷,包括动态定义所有的静载荷、 强迫位移、 速度和加速度、 初始速度和位移、 延时、 时间窗口、解析显式时间函数、实复相位和相角、 作为结构响应函数的非线性载荷、 基于位移和速度的非线性瞬态加载、 随载荷或受迫运动不同而不同的时间历程等。
主要动力学分析功能如:特证模态分析、直接复特征值分析、直接瞬态响应分析、模态瞬态响应分析、响应谱分析、模态复特征值分析、直接频率响应分析、模态频模态频率响应分析。
ü         正则模态分析,用于求解结构的自然频率和相应的振动模态,计算广义质量,正则化模态节点位移,约束力和 正则化的单元力及应力,并可同时考虑刚体模态。
ü         复特征值分析,复特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型,分析过程与实特征值分析 类似。 此外NASTRAN的复特征值计算还可考虑阻尼、 质量及刚度矩阵的非对称性。 复特征值抽 取方法包括直接复特征值抽取和模态复特征值抽取两种:
ü         瞬态响应分析(时间-历程分析),瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应,该分析给出一个结构对随时间变化的载荷的响应。 结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。分析求出随时间变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。
ü         随机振动分析,该分析考虑结构在某种统计规律分布的载荷作用下的随机响应,在这种载荷作用下 结构的响应就需要用随机振动分析,功率谱密度(PSD)函数,来计算结构的响应。NEI NASTRAN中的PSD可输入自身或交叉谱密度,分别表示单个或多个时间历程的交叉作用的频谱特性。计算出响应功率谱密度、自相关 函数及响应的RMS值等。
ü         响应谱分析(有时称为冲击谱分析)提供了一个有别于瞬态响应的分析功能,在分析中结构的激励用各个小的分量来表示,结构对于这些分量的响应则是这个结构每个模态的最大响应的组合。
ü         频率响应分析,用于计算结构在周期振荡载荷作用下对每一个计算频率的动响应。计算结果分实部和虚部两部分。 实部代表响应的幅度,虚部代表响应的相角。模态频率响应分析和随机响应分析在频域中解决的二类问题与直接频率响应分析解决相同的问题。结构矩阵用忽略阻尼的实特征值分析进行了压缩,然后用模态坐标建立广义刚度和质量矩阵。该分析的输出类型与直接频率响应分析得到的输出类型相同。
      NEI Laminate CompositesNEI复合材料
         NEI Laminate Composites专门为高效地设计和评估复合材料结构提供了一个定制化集成功能。作为NEI Advanced FEM package的扩展,NEI Laminate Composites允许您创建和编辑纤维束和层压板,根据纤维束和层压板的定义计算属性,利用断裂包络来进行层压板负荷分析,导出和导入MS Excel或其它表格式层压板数据,用工具把层压板应用于有限元模型从而根据几何图形对层压板进行定向,利用立即可用的层压板壳元件和实体元件、后处理纤维束应力、应变和断裂指数来进行分析。
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