導(dǎo)彈防御公司使用HyperWorks進(jìn)行推進(jìn)彈頭設(shè)計縮短研發(fā)時間

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)和支持軍隊的目的。Dynetics的導(dǎo)彈彈頭研發(fā)工程師通過對各種防御系統(tǒng)進(jìn)行分析和測試來評估彈頭的設(shè)計——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

對這些裝置進(jìn)行物理測試是非常昂貴的。一個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)驗去設(shè)計和測試新裝置,但是這個過程時而成功時而失敗,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,想要測試所有項目是不現(xiàn)實的,而且也是沒有效率的。”

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

Dynetics幾年前開始將有限元仿真嵌入到彈頭設(shè)計流程中,但剛開始時使用的軟件的質(zhì)量無法令人滿意。David Pugh說:“我們使用原先的有限元軟件時,無論是軟件的穩(wěn)定性還是對復(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)計的實體模型

試驗

由于要創(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)量和穿透的時間結(jié)構(gòu)。對于爆炸裝置,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)計縮短研發(fā)時間hypermesh應(yīng)用技術(shù)圖片5

穿甲試驗 - 墻體破裂

結(jié)果:前處理僅用了一半時間

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間,而后處理時間也減少了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在評估武器的殺傷力方面節(jié)約了極其可觀的時間,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)場實測獲得驗證。所有通過HyperWorks仿真設(shè)計預(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)在對更多的設(shè)計做更多分析,并且已經(jīng)能夠承擔(dān)額外的分析工作來驗證主要軍隊承包商的工作。

他現(xiàn)在有了更多的時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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