CN106557597A - 一种热虚拟试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热虚拟试验方法，其特征在于，包括如下步骤：利用HAJIF2013软件的气动加热模块，基于结构的理想载荷边界条件，进行结构热响应建模形成热分析模型并进行分析，利用该分析结果温度场和热流密度指导实物试验设计；根据实物试验加热器及支持条件，利用气动加热模块，生成热虚拟试验环境，并进行虚拟装配，对分析结果进行虚拟试验显示；根据实物热试验真实热边界条件，代入1)的热分析模型，计算实物试验条件下的结构热响应；进行热实物试验，得到结构热响应的试验结果。

Description

一种热虚拟试验方法

技术领域

本发明属于虚拟试验技术领域，具体涉及一种热虚拟试验方法。

背景技术

随着飞行器速度的不断提高，热问题越来越成为影响飞行安全的主要问题，受到越来越多的关注。飞行器高温区结构在高温环境下的热响应是飞行器结构设计研制首先要确定和验证的性能。对于复杂的结构，一般要通过地面热试验测试结构的热响应，在此基础上改进设计。但热试验高成本高风险，试验周期长，对有些特别高温的试验，目前的试验设备无法满足要求。因此，有必要引入热虚拟试验方法，用分析代替试验，验证热环境下结构热响应，为结构的设计改型提供依据。

虚拟试验是指采用积木式策略，通过对材料级、元件级、构件级等多级分析模型的试验验证，确认建模方法，在此基础上进一步形成部件级、系统级复杂模型，用确认的分析模拟进行虚拟试验，代替实物试验，评估结构性能，从而实现降低研制成本，缩短研制周期。在实物试验准备阶段，虚拟试验可以为试验方案的制定和试验设计提供指导，以降低试验风险；通过虚拟试验与实物试验结果的对比分析，可以修正虚拟试验模型，得到可靠的虚拟试验模型，代替实物试验，用于其他载荷工况的结构性能验证与评估。

虚拟试验在航空、航天、船舶等领域开展了基础性研究，但大多集中在常温条件下不同结构性能的虚拟试验方法的探索方面。涉及热环境的结构性能虚拟试验的有德国相关研究机构开展了复合材料在热载荷作用下多级建模及模型验证方面的研究，还没有形成完整的热虚拟试验方法。航天强度与环境研究所初步开展了结构热强度虚拟试验平台技术研究，简要描述了通过对地面热试验的各个环节进行数字化建模，构建结构热试验虚拟试验平台的技术途径，重点在于热试验各个环节的数字化问题，并不是以虚拟试验(分析)代替实物试验为目的。因此，到目前为止，以代替实物试验为目的热虚拟试验方法尚未见报道。

发明内容

本发明的目的：本发明提供了一种能实现用虚拟分析代替实物试验对产品热性能进行考核验证和评估的方法。可以缩短产品研制周期，降低产品研制成本。

本发明的技术方案：

本发明提供了一种热虚拟试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)利用HAJIF2013软件的气动加热模块，基于结构的理想载荷边界条件，进行结构热响应建模形成热分析模型并进行分析，利用该分析结果温度场和热流密度指导实物试验设计；

2)根据实物试验加热器及支持条件，利用气动加热模块生成热虚拟试验环境，并对实物试验加热器和试验件进行虚拟装配，对1)的分析结果进行虚拟试验显示；

3)根据实物热试验真实热边界条件，代入1)的热分析模型，计算实物试验条件下的结构热响应；

4)进行热实物试验，得到结构热响应的试验结果；

5)进行3)与4)热响应的对比分析，根据4)的试验结果对热分析模型进行修正，最终确认虚拟试验模型；

6)将5)得到的虚拟试验模型可应用于结构其他任何载荷边界条件的热性能评估，代替实物试验。

进一步的，步骤1中建立热分析模型可采用气动加热模块中的ASTSA或MSCPatran/Nastran热分析软件。

本发明的有益效果：(1)本发明提供的热虚拟试验方法可以代替实物试验，对产品热响应特性进行评估。(2)利用该发明可以减少产品研制过程实物试验数量，降低研制成本，缩短研制周期，提高研制效率。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

1)利用HAJIF2013软件的气动加热模块，HAJIF2013软件为市场产品。

2)建立或导入结构数字模型

产品数字模型可以是CATIA、CAXA模型等。

3)进行理想条件下的热响应虚拟分析

利用气动加热模块的ASTSA或MSC Patran/Nastran热分析软件，进行产品热响应分析，得到初步分析结果，用于指导实物热试验。

4)生成热虚拟试验场景

如果实物试验采用平板加热器加热，则启动平板加热器热流分布计算模块，进行平板加热器设计；如果实物试验采用圆柱形加热器，则启动圆柱形加热器参数化设计模块，进行圆柱形加热器设计；如果实物试验采用圆锥形加热器，则启动圆锥形加热器参数化设计模块，进行圆柱形加热器设计；并可与产品数字模型进行装配，辅助实物试验设计。

5)真实边界条件下虚拟分析

利用气动加热模块的ASTSA或MSC Patran/Nastran热分析软件，将实物试验边界条件代入已经建立的热响应虚拟分析模型，代替原来的理想边界条件，进行虚拟分析，得到分析结果(温度场、热流密度)，用于与实物试验结果的对比。

6)虚拟试验显示

在第4步已经生成的虚拟试验场景的基础上，导入虚拟试验结果，显示虚拟试验过程。

7)进行热实物试验

完成实物热试验，得到实物试验结果，用于与虚拟试验结果的对比分析。

8)虚拟试验结果与实物试验结果对比分析

将第5步的分析结果和第7步的试验结果进行对比，以试验结果为准，修正分析模型，得到可靠的分析模型，用于以后的虚拟试验。

9)虚拟试验代替实物试验

将修正后的虚拟试验模型用于产品其他载荷及边界条件的虚拟试验，代替试验试验，考核评估产品的热性能。

一是利用气动加热模块进行实物试验前预分析，并生成虚拟试验场景进行虚拟装配，预分析结果和虚拟装配结果可提供给实物试验设计者指导试验设计。二是利用实物试验边界条件进行虚拟热试验，同时进行实物试验，将两种热试验结果进行对比，以实物试验结果修正虚拟试验模型，得到可靠的虚拟试验模型。三是将修正过的虚拟试验模型用于后续的其他载荷边界工况，进行产品虚拟热试验，代替实物试验，评估产品热性能，降低产品研制成本，缩短研制周期。

Claims (2)

1.一种热虚拟试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)利用HAJIF2013软件的气动加热模块，基于结构的理想载荷边界条件，进行结构热响应建模形成热分析模型并进行分析，利用该分析结果温度场和热流密度指导实物试验设计；

2)根据实物试验加热器及支持条件，利用气动加热模块生成热虚拟试验环境，并对实物试验加热器和试验件进行虚拟装配，对1)的分析结果进行虚拟试验显示；

3)根据实物热试验真实热边界条件，代入1)的热分析模型，计算实物试验条件下的结构热响应；

4)进行热实物试验，得到结构热响应的试验结果；

5)进行3)与4)热响应的对比分析，根据4)的试验结果对热分析模型进行修正，最终确认虚拟试验模型；

6)将5)得到的虚拟试验模型可应用于结构其他任何载荷边界条件的热性能评估，代替实物试验。

2.根据权利要求1所述的热虚拟试验方法，其特征在于，步骤1中建立热分析模型可采用气动加热模块中的ASTSA或MSC Patran/Nastran热分析软件。