導(dǎo)彈防御公司使用HyperWorks進(jìn)行推進(jìn)彈頭設(shè)計(jì)縮短研發(fā)時(shí)間

2017-01-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

Dynetics成立于1974年,目前擁有1,100多名員工,是彈道導(dǎo)彈防御領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者,同時(shí)它也向防務(wù)集團(tuán)提供雷達(dá)系統(tǒng)分析和工程支持。

Dynetics在亞拉巴馬洲亨茨維爾研究所開發(fā)彈頭并進(jìn)行彈頭的場地測試。彈頭的主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)包括穿透目標(biāo)后彈頭的完整性以及爆炸裝置的殺傷力,達(dá)到保護(hù)和支持軍隊(duì)的目的。Dynetics的導(dǎo)彈彈頭研發(fā)工程師通過對(duì)各種防御系統(tǒng)進(jìn)行分析和測試來評(píng)估彈頭的設(shè)計(jì)——從直升機(jī)攜帶的Borne Hydra 70導(dǎo)彈到從捕食者無人駕駛飛機(jī)發(fā)射的地獄火導(dǎo)彈。由Altair公司提供的CAE 虛擬測試解決方案HyperWorks已成為導(dǎo)彈彈頭研發(fā)中的重要組成部分。

挑戰(zhàn): 高昂的樣機(jī)測試費(fèi)用

對(duì)這些裝置進(jìn)行物理測試是非常昂貴的。一個(gè)簡單的彈頭穿甲能力測試需要花費(fèi)40,000美元,如果包含硬件和爆炸性彈藥,測試費(fèi)用將高達(dá)50,000美元。最近幾年,Dynetics一直是利用最佳的工程判斷和以往經(jīng)驗(yàn)去設(shè)計(jì)和測試新裝置,但是這個(gè)過程時(shí)而成功時(shí)而失敗,像是在碰運(yùn)氣。Dynetics的彈頭工程師David Pugh說:“越來越高的測試費(fèi)用讓人望而卻步,想要測試所有項(xiàng)目是不現(xiàn)實(shí)的,而且也是沒有效率的。”

所以國防工業(yè)在第一個(gè)原型樣機(jī)制造之前開始使用計(jì)算機(jī)仿真和分析進(jìn)行設(shè)計(jì)和測試。

Dynetics幾年前開始將有限元仿真嵌入到彈頭設(shè)計(jì)流程中,但剛開始時(shí)使用的軟件的質(zhì)量無法令人滿意。David Pugh說:“我們使用原先的有限元軟件時(shí),無論是軟件的穩(wěn)定性還是對(duì)復(fù)雜幾何體劃分均勻高質(zhì)量網(wǎng)格都存在困難。而為了生成可用的網(wǎng)格我們不得不花費(fèi)大量時(shí)間在CAD軟件中簡化幾何。”

解決方案: HyperWorks強(qiáng)大的功能

彈頭設(shè)計(jì)的實(shí)體模型

試驗(yàn)

由于要?jiǎng)?chuàng)建從2,000到2,000,000不等的有限元分析模型,Dynetics決定尋找能滿足他們要求的更先進(jìn)的軟件。

他們嘗試了六種不同的前后處理軟件包。其中很多都有不錯(cuò)的網(wǎng)格劃分能力,但是在與求解器交互方面不夠靈活。唯獨(dú)Altair HyperWorks完美地滿足了所有要求。

David Pugh說:“HyperWorks擁有最好的網(wǎng)格劃分工具和后處理可視化工具,并且與求解器配合良好。”

在過去的幾年中,Dynetics使用HyperWorks前后處理建模、仿真計(jì)算彈藥的穿甲能力以及預(yù)測武器系統(tǒng)的殺傷力。通過仿真還得到了彈頭穿過障礙物時(shí)的受力情況以及引信等彈頭后面的部件是否可以保持良好工作狀態(tài)的相關(guān)信息。

通過使用HyperWorks進(jìn)行仿真,得到應(yīng)力云圖、彈藥飛散傾向性、穿透質(zhì)量和穿透的時(shí)間結(jié)構(gòu)。對(duì)于爆炸裝置,Dynetics使用仿真預(yù)測碎片尺寸和崩裂過程、碎片的飛離角度和速度。

導(dǎo)彈防御公司使用HyperWorks進(jìn)行推進(jìn)彈頭設(shè)計(jì)縮短研發(fā)時(shí)間hypermesh應(yīng)用技術(shù)圖片5

穿甲試驗(yàn) - 墻體破裂

結(jié)果:前處理僅用了一半時(shí)間

David Pugh每周要做15至20次分析,HyperMesh和HyperView幫助他減少了工作時(shí)間,還提高了工作效率。“與原先的軟件相比, HyperWorks在前處理上只花了一半時(shí)間,而后處理時(shí)間也減少了20%。這使我可以以更快的速度得到質(zhì)量更高的模型,進(jìn)行更嚴(yán)格的分析,還可以拓展我的工作范圍。”

特別是通過使用HyperWorks在評(píng)估武器的殺傷力方面節(jié)約了極其可觀的時(shí)間,通過微調(diào)彈頭幾何獲得更好的收斂結(jié)果,使穿甲能力更具魯棒性,從而最終提高了彈頭到達(dá)目標(biāo)途中的生存能力。

目前,仿真結(jié)果已經(jīng)通過現(xiàn)場實(shí)測獲得驗(yàn)證。所有通過HyperWorks仿真設(shè)計(jì)預(yù)測的彈頭性能偏差在10%以內(nèi),其中絕大部分在5%以內(nèi)。

David Pugh已經(jīng)在對(duì)更多的設(shè)計(jì)做更多分析,并且已經(jīng)能夠承擔(dān)額外的分析工作來驗(yàn)證主要軍隊(duì)承包商的工作。

他現(xiàn)在有了更多的時(shí)間和更佳的工作效率來支持和滿足客戶需求。

David Pugh說:“HyperMesh為Dynetics提供了一種在復(fù)雜拓?fù)錀l件下精確生成網(wǎng)格的方法,而HyperView提供了強(qiáng)大的可視化和文檔化工具,從分析到原型樣機(jī)所需的時(shí)間被極大地縮短了,現(xiàn)在我們可以使用更精細(xì)的模型做更多的分析了。”

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