专注3D数字化产品研发管理领域
从设计到制造解决方案提供一种集成系统解决方案
无人机行业正朝着高性能、轻量化、智能化方向快速发展,尤其在军事侦察、物流运输、农业植保等领域需求激增。复合材料因其高比强度、耐腐蚀性及设计自由度,成为无人机结构(如机翼、机身、雷达罩)的首选材料。然而,复材的复杂失效机制、制造工艺敏感性及多物理场耦合需求,对设计提出了极高挑战。全球头部企业通过数字化仿真技术,实现从材料选型到整机集成的全链路优化,以满足严苛的飞行性能、安全标准(如FAA、EASA)及快速迭代需求。
复材结构设计复杂性:需精准预测分层、屈曲、冲击损伤(如BVID)等失效模式,避免空中解体风险。
轻量化与强度平衡:在减重目标下,需确保结构刚度、抗疲劳性及极端载荷(如地勤车冲击)下的完整性。
多学科耦合难题:电磁隐身(雷达罩)、热管理(电池舱)与结构性能需协同优化。
制造工艺影响:铺层角度偏差、固化变形等工艺缺陷可能导致性能衰减20%-30%。
多尺度铺层设计:
利用 Abaqus/CAE 与 Composites Modeler(CMA)模块,快速定义纤维铺层参数(角度、厚度、顺序),支持复杂曲面(如无人机机翼双曲率蒙皮)的铺层展开与裁剪模拟,避免实际铺贴时的纤维褶皱与空隙。
集成 CATIA 设计数据,实现从三维几何到有限元模型的参数化传递,支持蜂窝夹层结构、缠绕成型部件(如无人机尾管)的建模。
失效分析与损伤预测:
分层模拟:通过 VCCT(虚拟裂纹闭合技术)与 Cohesive 单元,精确计算低速冲击下的分层起始与扩展路径,评估 BVID 对结构刚度的影响(如某无人机机翼冲击后刚度下降≤5%)。
失效判据:支持 Tsai-Wu、Hashin等 20 + 种失效准则,结合无人机典型载荷(拉伸、压缩、剪切),快速识别危险区域。
Tosca拓扑优化:针对机翼、机身等部件,在强度约束下实现减重10%-15%(已验证案例)。
电磁-结构耦合:CST与Abaqus联合仿真,优化雷达罩透波性能与结构刚度,计算效率提升4倍。
可靠性设计:通过蒙特卡罗分析评估制造离散性(如铺层角度±10%),确保设计鲁棒性(通过概率>95%)。
铺层工艺模拟:WCM插件生成缠绕角路径,减少裁剪浪费与纤维扭曲。
固化变形预测:分析温度梯度与残余应力,降低固化后尺寸偏差至<2%。
维修仿真:模拟复合材料修补后的承载能力,优化修补方案(如BVID修复后承载力折减从3.8%降至1.3%)。
疲劳寿命预测:
结合 fe-safe 疲劳分析模块,输入无人机飞行载荷谱,预测关键部件的疲劳寿命(误差<8%),满足适航认证要求。
针对多轴无人机,分析高频振动下的焊点疲劳(循环次数>50 万次),优化连接结构设计。
极端工况模拟:
鸟撞、着陆冲击等瞬态动力学分析,通过 Explicit 显式求解器模拟冲击载荷下的材料失效。
低温(-40℃)与高温(85℃)环境下的热应力分析,确保复合材料性能稳定(热膨胀系数匹配误差<5%)。
1. 研发效率与成本优化
周期缩短:复合材料结构设计周期从 12 周缩短至 6 周,物理样机测试次数减少 40%,加速新品迭代。
成本降低:材料研发试错成本下降 60%,单次全尺寸冲击试验成本从 50 万元降至 10 万元(虚拟仿真替代)。
2. 性能突破与可靠性提升(关键指标优化)
轻量化:无人机整机重量减轻 15%-20%,续航时间延长 25%(如某物流无人机续航从 2 小时提升至 2.5 小时)。
安全性:低速冲击下的分层风险降低 40%,关键部件疲劳寿命提升 30%(通过适航认证周期缩短 50%)。
气动效率:机翼阻力系数降低 12%,升阻比提升 8%,载荷能力从 5kg 提升至 7kg。
3. 工艺与制造赋能
成型精度:铺层角度偏差控制在 0.5° 以内,复合材料部件良品率从 80% 提升至 95%。
成本可控:通过拓扑优化减少材料浪费 15%,小批量生产成本下降 20%。
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