“虚实融合”强度验证新模式护航大国重器翱翔蓝天

企业   2024-11-15 18:54   陕西  

第十五届中国航展集中展示了我国

航空科技领域的尖端技术及创新突破

各类明星机型惊艳亮相、共舞长空

彰显了新时代新征程“大国重器”的航空力量








除了近距离观看精彩的飞行表演
游客还可以通过飞行模拟器
来一次爽快的“虚拟飞行”


真实的飞行对于没有经过专业训练普通人来说风险高、成本高,而“虚拟飞行”可以保证游客在安全环境中低成本重复体验飞行的感觉。同样,全机强度试验也具有风险高、成本高、不可逆等特点,那么有没有飞机强度的虚拟试验呢?我们一起来看看吧!




针对全机强度试验风险高、周期长、系统复杂等特点,强度所成立攻坚创新团队,以仿真、虚拟现实技术和知识工程为基础,以试验流程为导向,开展“虚实融合 双线并行”的强度验证新模式研究,紧抓现代飞机数字化设计制造试验的并行大循环迭代模式转变的新机遇。强度所开展了大量关于虚拟试验环境建模、结构建模、破坏分析及监控预警等突破性研究,创造性地提出了“试验物理系统数字化”、“结构力学行为虚拟化”、“试验过程虚拟物理融合化” 三方面技术体系。




试验物理系统数字化


以真实物理场景为基础,以虚拟环境模型为参考,强度所打破传统试验物理系统构建理念,提出模块化的系统数字化建模方法和多种控制参数优化方法,制定了试验加载支持系统的虚拟装配模板;突破了虚拟装配、数据驱动的杠杆运动分析、随动干涉检查技术、试验系统数字建模与联合仿真技术,对物理试验加载、支持及姿态等进行分析校验,保障了空地载荷一致性,支撑了试验方案评估与优化。这些突破为复杂强度试验系统的安全可靠设计提供了坚实的保障。



结构力学行为虚拟化



以力学方法创新为支撑,以建模技术精准为目标,强度所以“推陈出新”的精神成功攻克了基于损伤演化规律进行模型参数智能匹配的渐进式破坏分析技术,引入典型结构的损伤定量描述和跨尺度建模;构建了四级建模策略,突破了非匹配多重网格、模型验证修正等技术,实现对试验件刚度和特征的精确模拟;提出了考虑连接关系的精细化建模准则及适应的屈曲、后屈曲、渐进破坏分析技术新方案,攻破了该方案的技术壁垒,研发出基于修正刚度的连接组合建模方法。这些方法为大变形、大载荷下的结构强度准确预估提供了先进的技术手段。



试验过程虚拟物理融合化


以物理试验数据为驱动,以虚拟试验结果为反馈,强度所探索实践了虚实融合的全机静强度试验新模式。团队围绕数实空间的实时融合,解决了虚拟应变片数字表达技术难题,实现应变片传感器的三维准确定准;突破了基于机器学习的无监督曲线差异化筛选技术和有监督分类算法等技术,实现了试验测量数据的实时分析和评估;提出了基于误差统计及图形分区的一致性评估方法,攻克了试验数据三维插值显示技术,实现了数据分布区间评估、屈曲特征实时识别定位和试验件危险部位的智能预警。这些技术为物理试验的高效安全实施提供了有力的支撑。






基于以上技术创新成果,强度所开创性地创建了虚拟试验和物理试验双线并行、互动融合的全机强度验证新模式,构建了可扩充、易移植的开放性虚拟试验软件架构,研发了工程数据库支持的超大规模虚拟试验软件平台,制定了集加载/测量/分析/评估于一体的虚拟试验实施流程,已成功应用于多个飞机型号试验。

展望未来,强度所将在虚拟试验基础上继续加强试验数据与人工智能技术的结合,打造强度试验全周期的“数字孪生体”,实现强度试验过程中应变场的实时重构和智能预警,进一步提高强度试验的安全性和可靠性,助力大国重器成功研制。


——文字:计算结构技术与仿真中心
——编辑:王梦迪

——审核:李晨希

中国航空工业集团强度所
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