基于HAJIF的前后置处理模块的设计与实现

针对国产有限元软件HAJIF对大规模可视化的前后置处理功能的迫切需求,设计并实现了具有高度开放性的前后置处理模块HAJIF_PrePost。在软件框架设计方面,基于面向对象的思想,引入层次化、组件式的体系结构,该结构具有高效计算和高效通信特性,满足大规模数据处理要求;在前处理功能设计方面,引入准C++标准Boost库,解决了模型数据的持久化与内存管理问题,采用节点相关面法以及OpenGL深度缓存机制,提升了模型显示效率;在后处理功能设计方面,设计实现了彩色云图的绘制,变形和动画的生成方法,并且实现了后置动态查询功能。实际应用表明:基于面向对象方法实现的HAJIF_PrePost前后置处理模块具有很好的实用性、用户体验以及可扩展性。

HAJIF软件前后处理模块设计与实现

为满足国产有限元软件HAJIF对大规模可视化的前置建模和后置数据处理功能的迫切需求,基于面向对象的程序设计思想设计并实现具有高度灵活性的前后处理模块.提出层次化、组件式的软件设计架构.在前处理功能设计方面,引入准C++标准Boost库,解决模型数据的持久化和内存管理问题;采用节点相关面法以及Open GL深度缓存机制大大提升模型显示效率.在后处理功能设计方面,建立物理场量值与颜色的对应关系,并构建结构变形比例放大因子计算公式.研究表明:面向对象的程序设计方法可以大大提高开发效率和前后处理模块的可维护性.

基于HAJIF系统的汽车复合材料防撞梁设计

复合材料具有比强度和比刚度高、性能可设计和易于整体成形等许多优异特性,将其用于汽车结构上,可比常规的金属结构减重25%~30%,并可明显提高车辆性能。与金属结构相比,汽车复合材料A柱、侧围、地板等零部件结构设计过程中强度、刚度及稳定性因素复杂,尤其在复合材料铺层缺乏工程经验时,设计周期较长、设计结果很难快速应用到工程中。针对上述问题,以自主结构CAE软件HAJIF系统为基础,联合其工程材料数据库、强度模型数据库,考虑设计过程中强度、刚度及铺层工艺性等因素,构建了较为完备的汽车复合材料结构分析流程,开发形成了汽车复合材料结构专用分析软件。应用开发的软件,完成了车身复合材料防撞梁的设计及分析。零部件结构性能仿真分析精度与通用商业软件基本相当,研究成果及开发的软件为复合材料结构设计及分析提供了技术及工具基础。

基于HAJIF软件的翼面结构静气弹分析

气动弹性问题是飞机结构设计过程中必须考虑的问题。HAJIF具备成熟的静、动、热和气弹分析及优化功能。本文介绍了HAJIF软件静气弹分析的理论,针对某无人机机翼,简要介绍了结构建模方法和气动力建模方法,并分析给出了舵面操纵效率与操纵反效及翼面发散速度。结果表明,HAJIF软件可准确快速地给出翼面结构的静气弹特性。

大型通用有限元结构分析程序系统HAJIF(Ⅹ)

对中国航空工业总公司第六二三所主持研制的大型有限元结构分析程序HAJIF（X）作了简单介绍，该程序的特点是功能全面，通用性好，使用方便。

基于HAJIF的大展弦比机翼动力学分析方法研究

各种通用型结构分析软件在航空领域广泛应用,然而由于其通用性,存在和实际工程应用联系不紧密的缺点。我国自主研制开发了航空结构强度分析与优化设计软件系统(HAJIF),具有动力学分析功能,并在多个型号中应用验证。本文就HAJIF软件中的动力学分析流程进行详细介绍,对常用特征值分析方法、动力矩阵装配展开具体研究。最后以典型大展弦比机翼为例,进行动力学建模与分析,将得到的结果与NASTRAN结果对比,验证其正确性。

基于HAJIF系统的复合材料机翼结构优化

复合材料是高度各向异性材料,其结构设计和分析方法等与金属结构存在诸多差异。尤其在复合材料结构优化过程中,强度、稳定性等设计因素众多,导致结构优化设计工作繁琐、优化效率不高。对于需要考虑大量强度约束的复合材料机翼结构初步设计,如何快速获取初始铺层方案成为制约复合材料机翼结构设计的关键之一。针对复合材料机翼结构初始方案快速获取的问题,构建了基于“设计区-关键元”思想的复合材料机翼结构二级优化设计方法,以层合板理论为基础,引入复合材料许用值工程算法,基于工程准则法,构建了复合材料铺层厚度及铺层比例的二级优化策略,基于自主结构分析软件HAJIF系统的有限元求解器,提出了基于全内存数据存取的复合材料结构二级优化方法,完善并开发了复合材料结构铺层优化设计软件。考虑典型复合材料机翼各个设计区强度约束,应用开发的软件完成了机翼结构复合材料壁板铺层厚度及铺层比例快速优化,为机翼精细化设计提供了技术及工具支撑。

HAJIF在Linux系统上的移植与应用

针对HAJIF在Linux操作系统上的兼容性问题,利用Wine技术成功完成了HAJIF向Linux系统的移植。同时,分别通过模拟Windows DOS环境与封装HAJIF求解器运行脚本完成了HAJIF求解器的移植,使得HAJIF求解器在Linux系统上的调用更为灵活。利用两个测试算例,对移植后的HAJIF进行了完整测试。计算结果表明,移植后的HAJIF具备与Windows操作系统上同等的计算功能,可以满足Linux操作系统使用人员的操作需求。

面向工程应用的复合材料结构强度校核模块设计与研发

由于具有高比强度和高比模量的显著优势,复合材料结构日益成为大型航空航天装备轻量化设计的首选材料之一。但在设计与分析过程中,复合材料的强度校核会涉及到大量复杂的公式和运算量,严重降低装备结构的设计效率和研发周期。为提高复合材料强度校核的工作效率,基于国产自主CAE平台HAJIF,研发了适用于复杂工程装备的复合材料结构强度校核模块。该模块紧密围绕复合材料结构分析与校核,提供了层合板、夹层板结构的刚度、强度、稳定性分析流程。各个流程与HAJIF平台的前后置有机融合,从而实现有限元模型、分析结果和强度校核结果的一体化显示。以某型无人机复合材料机翼结构为验证对象,分析结果表明,研发的强度校核模块能够满足复合材料强度校核的基本流程和功能,可实现大型复合材料结构的快速强度校核,明显提高了复合材料结构的校核效率。

基于Qt的专用有限元软件GUI模块的设计与开发

在工业软件领域,图形用户界面(GUI)模块的友好交互性对于专用仿真软件的工程应用和推广至关重要。针对有限元分析流程和专用功能定制开发的设计需求,在 Windows操作系统下,以用户需求为中心,采用多窗口界面设计方式,基于 Qt技术开发一种专用有限元软件的图形用户界面模块,实现软件界面生成管理、界面元素布局管理、界面消息相响应、界面语言切换及模型视图交互操作等功能。通过 HAJIF实例验证,该模块具有易扩展性和可定制特性,可以很好地推动专用软件的研发进程,并且在跨平台移植方面具有一定优势。

坚持自主创新 实现航空CAE软件的产业化发展

回顾20世纪70年代至今,航空结构分析系统HAJIF系列软件的成功开发历程,总结坚持自主CAE软件开发的经验和教训,根据当前航空工业的需求和CAE技术的发展趋势,提出创建航空自主CAE软件产业的思路和建议.

超大规模变量结构敏度求解技术研究

针对超大规模变量结构优化中的敏度求解问题,深入系统地研究了全解析法高效位移敏度求解理论,推导了壳单元微分刚度矩阵的解析表达式,引入虚位移法解决了结构刚度矩阵求逆运算,进而给出了位移敏度全解析表达式。采用科学高效的程序流程组织方法在HAJIF系统平台上开发了超大规模变量结构位移敏度快速求解模块。与差分法和半解析法的对比结果表明:本文算法敏度结果具有较高的可靠性;超大规模变量位移敏度算例测试表明本文算法效率约为差分法的70余倍,敏度结果一致性较好,所开发的模块能够高效可靠的解决超大规模变量位移敏度求解问题。

飞机金属加筋壁板结构强度校核软件设计与实现

作为飞机结构的主承力构件,加筋壁板结构的强度校核一直是设计人员重点关注的问题之一。为降低该项工作的复杂性和重复性,在国产CAE软件平台HAJIF基础上,研发了金属加筋壁板结构强度校核软件,实现了强度校核工作的流程化和自动化。软件采用统一分层架构思想,依次研发了独立的前端界面、强度计算、工作应力提取、结果后处理等核心模块,并与HAJIF软件的前后置有机融合,实现模块之间的统一调度。验证算例表明,该软件能够满足飞机加筋壁板典型分析情况校核要求,符合强度校核流程和使用习惯,明显提高了强度设计与分析人员的工作效率。

航空结构大规模并行分析与优化应用

针对飞机设计精细化数值分析模型自由度已经达到亿级,对高性能计算的要求也越来越高的问题,围绕大规模并行计算环境下结构分析和优化的若干关键问题,研究满足高性能计算体系特点的区域分解并行算法、超大规模结构变量敏度高效求解和结构非线性振动特性求解等关键技术.对国产CAE软件HAJIF进行并行化改造,初步实现基于最大航程的气动结构综合优化设计和基于精细化模型的复合材料机翼综合优化设计.HAJIF的计算效率和精度得到明显提高.

基于MPI的大规模变量结构优化技术研究

针对大规模变量结构优化问题,研究了基于虚载荷法的位移敏度求解理论,提出了惩罚函数随优化迭代次数自适应变化的二次扩展内罚函数法,并结合牛顿法作为优化算法。采用MPI并行技术实现了敏度求解的局部并行计算,解决了大规模变量结构优化技术中的规模和效率问题。采用FORTRAN语言在HAJIF2013系统上对上述方法编程实现,实例表明,优化方法能够快速、稳定收敛到最优解,以及基于虚载荷法的位移敏度解析求解理论的高效性和准确性。

结构动力学与颤振约束下无人机机翼优化设计

提出了同时考虑结构动力学约束和颤振约束的优化设计方法,建立了利用规划优化算法求解问题的流程,并将其融入大型CAE软件系统HAJIF2013中,研究了优化问题中目标函数和约束条件的选取方式。以某型无人机机翼颤振模型为算例,利用拉盖尔迭代方法自动计算颤振速度,并对优化算法的有效性进行了验证。研究表明,所提出的优化设计方法有效,实现了整个优化求解流程的自动化,对工程设计具有指导意义。

复合材料车体蜂窝夹层结构强度分析技术

以某地铁项目复合材料车体结构为研究对象,分析车体结构的关键部位门角、窗角为研究对象,针对此次车体结构特征,建立了蜂窝夹层结构强度分析的方法与流程。对蜂窝夹层板结构分别从总体屈曲、剪切皱曲、蜂窝格间屈曲以及夹层板面板皱曲进行校核。此外,对刚度较小的蜂窝夹芯的剪切强度进行单独校核,所得强度分析结果为结构设计提供可靠依据。

基于JSON格式的强度校核软件数据交互接口设计

为解决飞机结构强度校核软件与前后置的数据交互效率低及通用性差等问题,提出以JSON格式作为强度校核软件求解器与前后置的数据交互模型。软件前端界面生成的JSON文件作为求解器的输入进行解析,并根据解析结果完成相应的强度校核任务,再以JSON格式将校核结果返回到前端界面,用于结果的显示与查询。分析结果表明,利用JSON作为数据交互的媒介,可统一前后置与求解器的输入/输出格式,具有较高的流转效率。

基于QT的XML数据库的设计与实现

针对国产有限元软件HAJIF对大规模存储数据库的迫切需求,结合HAJIF系列软件的整体架构,设计并实现具有高度开放性和扩展性的基础数据库模块——HAJIF模型库。结合HAJIF模型库的底层数据结构设计,引入了XML数据库设计技术。同时,根据HAJIF软件的整体架构,应用了Qt Xml模块,解决了XML文件在QT开发环境下的读取问题。采用DomTree数据存储技术,进一步提升了访问XML文件时的效率。实际应用表明,HAJIF模型库作为HAJIF系列软件中工程数据库的重要模块,具有很好的实用性、用户体验以及可扩展性。

航空典型金属结构强度校核软件的设计与实现

航空典型金属结构的强度校核是设计人员重点关注的问题之一。当前,金属结构强度校核的算法与理论已趋于成熟,然而软件化与工具化的缺乏始终制约着强度校核的计算效率。鉴于此,本文依托HAJIF平台设计并实现了航空典型金属结构强度校核软件,完成了强度校核任务的批量计算与结果图形化显示,同时可自动生成校核报告,显著提高了强度设计与分析人员的工作效率。