揭秘国产CAE软件大型结构分析软件的核心战略作用-工业软件-智能制造_新浪军事_新浪网

揭秘国产CAE软件大型结构分析软件的核心战略作用|工业软件|智能制造_新浪军事_新浪网
作者署名:看航空 弓虽  中美交易冲突引发了国人对中心技能的深度考虑,关于中心工业软件的操控已成为美国遏止我国开展的重要战略手法之一。  2019年5月美国ANSYS公司对华为等公司开始禁售仿真软件,更让CAE软件成为人们重视的焦点。  结构剖析软件作为最早诞生和工程运用最广泛的CAE软件,是名副其实的“国之重器”。  本大众号将接连宣布《国产结构剖析软件开展战略研究》系列文章,将从结构剖析软件的战略效果、世界开展、国内开展、面对应战和开展战略几个层面着手,深化剖析国产结构剖析软件的曩昔、现在和未来。  1。 战略效果  2。世界开展:开展进程  3。世界开展:开展现状  4。国内开展:整体状况  5。国内开展:军工篇1  6。国内开展:军工篇2  7。国内开展:军工篇3  8。国内开展:军工篇4  9。国内开展:院所篇  10。国内开展:高校篇  11。国内开展:开展现状  12。面对应战  13。开展战略  导言  工业软件是名副其实整个现代工业体系的“大脑”,每一套现代工业产品和配备的研发的都离不开工业软件的运转,在智能制作和工业4.0的年代工业软件的重要性进一步凸显。  跟着工业技能的开展,工业软件逐步成为我国工业开展的最大瓶颈。在CAD、CAE、CAM、CAPP等这些重要的工业软件傍边,CAE软件首要用于数字建模与仿真,其本质是IT技能与工业化长时间堆集的工业常识的结晶,是工业软件中含金量最高而我国根底最为单薄的环节。  结构剖析软件是最早诞生的CAE软件,也是工程中运用规模最广泛的CAE软件,经过数值核算等手法可有用处理结构渠道的强度和完好性问题,直接决议了结构分量、安全性、寿数、舒适性等结构渠道的重要特点,而结构渠道是工业产品与配备完结功用功能的最重要保证,因而欧美等国家一向将结构剖析软件作为具有中心战略效果的软件东西进行持续开展。  跟着人类对力学理论、模型构建和数值算法等技能的不断打破,结构剖析软件的内在也发生了深入的改变:  前期首要指用有限元法(FEM)对结构的刚度、强度进行剖析。其来源最早能够追溯到1956年波音公司编制了内部有限元程序来核算飞机机翼强度,一般被认为是结构剖析软件在工程中运用的开始。图1:结构剖析软件是来源最早的CAE软件  现代的结构剖析软件的运用规模现已扩展到对工业产品未来的作业状况(强度、寿数、热传导、可靠性)和运转行为(动力学、运动学、NVH)进行模仿仿真,可及早发现规划缺点,改善和优化规划方案。所用的手法也从单一的有限元法扩展到有限差分法(FDM)、鸿沟元法(BEM)、混合有限元(MHFEM)、扩展有限元(XFEM)、工程法等多种办法。  结构剖析软件的中心战略效果  结构剖析软件是事关国家战略安全的要害中心东西,是进步我国配备制作业中心竞争能力,确保国家战略安全所有必要把握的要害技能,其中心战略效果首要体现在以下三方面:  1、中心技能研究的重要东西  结构剖析软件是进行中心技能研究的重要东西,首要体现在根底性、前沿性、要害性三个方面:  根底性  数值模仿办法现已与理论研究、物理实验并称“立异三架马车”,结构剖析软件作为一种重要的数值模仿办法,它能够辅佐科学家、工程师提醒物理实验手法尚不能提醒或很难提醒的科学规则。在没有结构剖析软件之间长达一个世纪里,人们对结构应力状况构求解的办法只能经过解析技能得到,并且只能核算载荷和几许形状比较简单的问题。现代结构剖析软件供给的的线性、非线性剖析、动力学剖析等功用,是进行中心技能研究的必备根底东西。图2:中心技能研究的根底性  前沿性  结构剖析软件在支撑新资料规划(纳米资料、碳纤维、4D打印资料)、新结构规划(仿生结构、柔性结构、智能结构)、新技能(虚拟实验技能、虚拟现实技能),可对人类还没有制作出来的前沿资料和结构,准确模仿其结构呼应,为立异规划供给根据。比方人们很早就经过数值手法猜测碳原子单层结构具有很高的刚度和强度(比钢材高100倍),直到2004年曼彻斯特大学的两位教授经过微机械剥离的办法制备出纯粹的石墨烯结构,这种猜测才得到物理实验的验证。图4:中心技能研究的前沿性  要害性  配备研发中的要害技能的处理往往依靠准确的结构剖析成果,如高明声速飞行器耐高温/防护结构规划、重型火箭的大跨度结构动力学规划、大型跨海大桥的耦合剖析、高速列车的疲惫寿数剖析等,都需求结构剖析软件的支撑。  例如美国为施行阿波罗登月计划,安排开发了第一个工程有用的结构剖析软件NASTRAN(NASA Sturucturla Analysis),用于核算不具有可实验性的飞行器结构,体系地处理了结构系列要害问题。美国为了研发高明声速飞行器,美国开发了一系列结构剖析软件,确保了类型的成功。图6:国外高明声速剖析软件  2、工业配备研发的底子保证  结构剖析软件是工业配备研发的底子保证,首要体现在结构剖析是工业共性需求、贯穿配备研发全周期、致命性短板三个方面:  工业配备共性需求  目前我国工业产品和配备进入了全面自主研发的快速开展时期,航空、航天、船只、武器、高铁等职业现已进入全面自主规划阶段,对结构渠道的规划提出了多项共性的需求,比方要在有限的结构分量下完结悉数功能指标,结构的NVH特性和乘员的舒适性等多个方面。图7:结构剖析软件是工业共性需求  贯穿配备研发全周期  结构剖析软件已成为配备研发不可或缺的规划东西,已融入到配备研发的预开展、概念规划、开始规划、具体规划、实验验证、制作安装和试飞执役等全生命周期中。以航空配备为例,结构剖析软件现已成为飞机规划、制作、强度验证和执役中运用最广泛的工业软件之一。图8:结构剖析软件运用于配备全生命周期  致命性短板  结构剖析软件直接决议了结构渠道的首要质量,如结构强度、结构寿数、结构舒适性等,关于进步规划功率、下降规划本钱也有着重要效果。从国内来看,工业部门简直全面依靠进口结构剖析软件(进口占比90%以上),缺少自主的高精度结构剖析软件现已成为工业产品和配备研发的致命性短板。图9:工业部门遍及运用国外进口软件  3、智能制作完结的要害支撑  结构剖析软件是智能制作完结的要害支撑,首要体现在结构剖析软件对智能制作的数字化、网络化、智能化都起着支撑效果。  数字化  结构剖析软件是未来工业产品数字化V&V检验流程中的根底手法,以航空配备为例,在概念规划阶段需求树立结构的低保真度数字模型(如梁式模型);在开始规划阶段需求树立中等保真度数字模型(如天然网格模型);在具体规划阶段需求树立高保真度数字模型(如细节三维模型)。图10:两栖飞机着水载荷剖析模型图10:细节结构三维模型  网络化  结构剖析软件是未来完结5G+制作的要害东西,经过数据清洗、数据拟合、模型批改、可信度剖析、云核算等技能支撑,完结结构的智能制作中的全状况数据实时搜集和结构的实时评价。图12:结构剖析软件是完结5G+制作的要害东西  智能化  结构剖析软件也是完结智能化转型的重要支撑,经过构建系列包括智能特征的数字化模型,树立物理空间与数字空间的实时数据映射和反应猜测优化,完结参数智能匹配、实时智能判据和智能预警,支撑智能化转型。图13:结构剖析软件对智能化的支撑效果  结束语  谁把握了中心技能,谁就赢得未来新技能革命中的优势!习近平总书记在第十九次院士大会上着重:  “实践重复告知咱们,要害中心技能是要不来、买不来、讨不来的。”  大型结构剖析软件的研发需求一起触及多项结构强度要害技能攻关和大型杂乱软件体系开发,既是一项高难度的科学研究,也是一项大规模的工程实践,对工业产品研发和科学技能立异都具有重要的战略支撑效果,是事关国家战略安全的要害中心东西。  捉住前史机会,研发具有世界先进水平的结构剖析软件无疑是我国工业征途上有必要完结的重要任务,也是成为国防强国和工业强国有必要迈过的一道坎! 点击进入专题:新浪神评局20200502期