三  CAE技术在先进数字化制造中的应用

    面对国外CAD/CAE软件洪水一般地席卷过来，工程部门的CAE精英应该努力学会游泳，争取站稳风头浪尖，继续前进。自90年代以来，我和同事及所带学生基于国际通用的CAE 开发平台，努力探索CAE技术在先进数字化制造中的应用，开发了飞机结构的有限元快速建模软件，实施了汽车起重机、矿用载重汽车及军用载重越野汽车的改装设计项目，探索了建立重型机械设计CAE数字化样机的方法，开发了金属胆复合材料全缠绕高压容器的设计分析软件，并成功应用到了国家的一些重大工程项目上，取得了较好的应用效果。

    3.1 飞机机体结构的FEA快速建模技术

    采用通用CAD系统，就能实现CAD快速建模。例如，采用CATIA系统就能很好地实现飞机机体结构的数字化建模和予装配。但是，面对设计并行化、模型数字化与无纸化，实现飞机机体结构的有限元快速建模，并与数字化的CAD模型与气动载荷模型实现紧密集成，却一直是飞机总体设计师、结构设计师最关心的重要技术课题之一。"十五"期间国力调查报告表明，对于某些军民机要建立整机机体结构的FEA模型，需要集中相当的技术人员，准备较长时间，而国外同行所用的人力与时间却要少得多。CAD软件商向我们推荐的整体解决方案，即三维CAD实体模型自动转换为三维FEA模型，在零件实体一级也许可以使用，但在解决飞机机体结构的部件或整机一级，这种方案往往导致几十万、几百万、甚至上千万节点的FEA模型,而最终的分析结果却无法让专家们相信它的正确性。在这种解决方案里，薄壁组合结构被视为三维连续实体结构，"结构组合"变成"结构铸合"，"薄壁"变成"实体"，使飞机结构的力学特性受到扭曲。实事上，机体结构的FEA建模应该有它固有的力学简化方法和途径。我国工程技术人员利用自己创造的"板杆梁"理论，解决飞行器这类薄壁组合结构的实践，已经过大量部件结构与整机结构的试验所验证，也经过长期的安全飞行实践所证明，在航空航天领域得到广泛认同与应用。我们基于CAE_X的开发平台，探索飞机结构FEA快速建模的特征设计技术[2]表明，它既能有效地缩短FEA建模周期，也能体现飞机结构力学、计算结构力学的理论与实践。图1~4表示出一组飞机翼身特征结构的组合模型。

图1 某军机机翼的的特征组合模型     图2 某民机机翼的的特征组合模型

图3模拟机身的的特征组合模型     图4 模拟地板梁及一段机身的特征组合