[原创总结]飞机结构CAE设计概述

wild_field

众所周知，飞机设计是一个复杂的系统工程，时间周期也比较长，从打样设计到最后定型投产最快也要十几年的时间（小飞机和改进型飞机除外）。
飞机设计阶段包括总体设计、结构设计、系统设计（液压、燃油、电子导航、火控、电传、地面设备等）。
传统的飞机结构设计强度校核一般采用结构力学方法，但这种设计方法有很多的局限性，并且受人为的影响也很大。例如应用结构力学方法校核的结构应比较简单，结构复杂后要进行简化处理；结构力学方法中还含有很多的工程假设。所以用这种方法设计的飞机比较保守，现代飞机要求降低结构重量，例如四代战机要求机体重量仅为飞机设计总重量的28%左右，应用结构力学方法显然不能完成这一要求。
随着计算机的发展，应用有限元辅助设计的方法（CAE）越来越实用，并成为飞机结构设计的主流。如下图所示为瑞典的JAS-39部分结构示意图，可以看出其主翼为典型的多墙式（多腹板式）结构，这样的结构是如何设计出来的？墙的间距和数量又是怎么确定的？飞机结构的CAE设计又是怎么实现的？以下给出一个简单的介绍，仅飞机结构的CAE设计环节就是一个复杂的过程，大致可分为以下几个阶段：

粗模，这时候飞机的具体结构还未定，只知道飞机的气动外形和大概的传力构型，所以模型也非常简单粗糙。粗模的作用主要是用于考察飞机传力系统布置的科学性。
总体模，这时候飞机模型的传力结构已基本定型，模型也较复杂，包含飞机所有的主传力构建。总体模的作用重大，关键结构部件的初校核也能在总体模中进行，很多关键的数据都从总体模中体现，比如结构的变形，最大受力区域一目了然，并能为下一步进行结构细节设计打下坚实的基础。
构件模，构件模是结构设计中最详细的模型了，飞机的强度、刚度、稳定性、材料校核等都在构建模中进行。构建模也可称为总体模的子模型，虽然其本身还可能包含子模型，构建模的载荷来源于总体模，在总体模型中提取载荷并作用于构建模进行校核。
以上三个阶段并不一定按顺序进行，往往存在交叉，甚至反复设计的可能。粗模也不一定只有一个，比如飞机的主翼可以是一个粗模，侧翼还可以是一个粗模。
希望通过以上的简单介绍能对航空专业的学生朋友以帮助。

zygsq

题材不错 只可惜简略了些……

楼主能来个连载么？呵呵

孤独的旅人

楼主说的很好
飞机结构的CAE和汽车、机械这些结构比起来，确实大有不同

wild_field

谢谢支持，汽车的CAE我没搞过，我只了解飞机的CAE过程，但我想汽车与航空的CAE也应有相似之处。上面的概述也许看着很简单，但一般来说，航空专业的大学生基本都不知道，这些东西只有工作了才会了解。由于航空专业的特殊性，细节具体的东西就不能说了

孤独的旅人

就原理来说，汽车CAE和飞机CAE都一样的
不过飞机结构实在是特殊啊，刚工作那时候，看见飞机结构那么复杂的实体简化为一条条线，简直匪夷所思，在学校的时候更想不到连节点单元编号都有那么多规矩

LIANGKE.NWPU

楼主说的不错啊
是这样的一个顺序：先总体打样设计，然后是结构细节设计，最后是生产定型设计

kexiaocn

楼主能不能再说的详细点，如什么构件简化成一条条线，什么构件简化成面？

nuaalg

能总结出来一本书么？多谢了

孤独的旅人

有书，《航空结构有限元分析指南》，航空工业出版社，不过不知道好不好买

FreddyMusic

It's absolutely ridicules to summarize CAE from aeronautics prespective, which FEA is developed from aircraft structure design, initially.

Bill_Xu

《航空结构有限元分析指南》这本书的确不错！
不过在设计的过程中还要考虑疲劳寿命设计，以及损伤容限设计。

francis78

好东西，只是说的太笼统了

lastbright

8楼的是南航的吧！名字里有nuaa

adler

好！总结得很到位，不过也确实有点太笼统。

lysszzp

很好，学习一下，感谢分享！