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发表于 2007-12-5 12:25:03
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来自： 中国湖北武汉
我来给一个吧！
' _: y/ J7 ^4 c; u8 u( J. `; bNASA的地球激光高度计量系统（GLAS）是一个特殊设计的卫星系统，它利用激光高度仪测量地球两极冰层的厚度，监控全球变暖的情况。因为系统内利用激光传输光源，要求在不同的元件间的差错极小，也就是说要求精度极高。为了达到这一要求，NASA利用了样机试验、计算机仿真、有限元分析和来自SIEMENS PLM SOFTWARE公司的Femap有限元分析建模系统来验证卫星在空中飞行的应力变化以及电子系统的散热。$ H0 T( V3 [2 u, b" Y. ], S. j
在2001年12月，NASA宣布了GLAS 计划，GLAS是一个搭载在ICESat太空船的科学仪器，它包括几千个各种零件，重达600磅，和其它所有的卫星一样，这颗卫星必须承载发射时产生的额外的应力引起的变化（大约有8倍的重力加速度，一直到30倍的重力加速度的随机振动）然而对于GLAS来说，工作时的温度应力更值得关注，卫星在它绕地球的每一圈96.5分钟的运行中，经常经历瞬间加热和冷却，许多结构件会膨胀和收缩，NASA认为只有综合各方面的测试，才能得到卫星在太空飞行的真实情况。5 Y& B5 E4 Q% ], `- w
1 Z8 W) V3 _) ~* s" c4 l7 u经过对GLAS的各个元器件进行有限元分析，也对整机进行了分析，结果: J5 f' N) r2 y& J0 `7 p
* Q1 M5 O. G* v. v+ s减少了物理样机实验次数 ' I ?. B$ I Z% v3 h( ~
减少了设计更改带来的后期实验的费用
$ o: m+ v6 Q! D4 B* H9 D2 G减少了各个部件的重量，这对于卫星产品至关重要
. b0 }$ a! s$ q$ o实现目的
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" V& d: u/ M) B6 C进行了在卫星发射状态下的静态和动态分析，以求证结构的合理性 ! o% ~$ W7 K. F" h
进行了元件的热分析，以其得到1）恒温循环下定义响应2）求证是否在一个接近的位置变化内结构的行为是否稳定。 ; N/ M6 k; Z* b) B6 {
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设计人员利用CAD系统产生了GLAS完整的数字模型（包括各个部件、子系统已以及整个装配），这一模型通过IGES格式直接给到GLAS的分析小组。 $ Q0 Q. I; j6 i, O
GLAS 分析人员输入CAD文件到Femap系统。NASA Goddard试验室的一些人员从1990年开始就使用Femap进行有限元分析的前/后处理工作。Femap由于其低廉的费用，非常易学易用而被其采用。并且，GLAS以前的分析合作人员，Orbital科技公司，也是使用 Femap。
2 c T7 ]1 o$ V' p' [- U利用Femap提供的层控制功能建立的来自于CAD的分析模型，输入的CAD文件数据放在一层，而分析中用到的点和线的数据放到其它的层，这样在对有限元模型的调整和建模过程中，可以方便利用层的管理功能对不同的层隐藏和显示，以方便设计者的操作。
2 ^3 u# V9 }! n( X' r; _无论是平面或是用梁单元去构造2D单元（用于动态响应分析），还是用实体单元去构造3D有限元模型（进行热分析），分析人员生成网络单元。他们用合并网格的手段产生特殊的区域去作为加载区域，而Femap提供的自动网格可以方便地对小的复杂区域进行网格划分。
* k- `8 o( ? D( w0 H分析人员还对GLAS开发的新颖的蜂窝状结构进行建模，分析结构的受力情况。Femap的特殊的材料特性，分析小组利用软件提供的功能，模拟这一材料的方向性，戏剧性完成了这一特殊材料定义。 $ Q8 m5 P( }$ ~1 U3 o1 U) D" r; {
Femal 分析模型还可输出到NASTRAN这一项目的主要求解器，NASA分析人员利用Nastran分析公司从前常用的解算器进行求解。Femap还可写成多种版本的精确源文件以供分析人员使用。
' }. m( F8 `) p; ~- v一但分析完成，结果又可返回到Femap去进行可视化处理。 ( F" k8 a8 _& m. f, ^5 ^2 ?1 b
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当NASTRAN 的分析结果与分析人员的预计有很大差别时，他们可以利用femap对模型进行细致的分析，以便从中得到一个满意的答复。通过选取部分单元，例如，选择详细的特征进行细化处理，象约束情况，边界单元处理等等。利用这些手段，分析人员可以发现一些 假的边界条件，那些本是自由边界的区域而定义成了一个约束条件，这些原因引起的错误的结果，这在很多动态分析中经常遇到。
& I0 m1 _2 X0 B/ Y分析人员充分利用Femap提供的图形可视化功能在工作中进行沟通，他们利用不同的颜色，有限元的结果模型，动画偏转模型和三维爆炸视图清晰地表达GLAS项目的不同求解结果，使GLAS的项目参与人员非常方便去理解项目的过程。 + V8 a: y: \9 E" @( Z( _
结合强大的后置处理工具，设计小组方便产生各种分析模型，减少了返工时间。按GLAS的机械分析导师Ryan Simmas的见解：“除了易学易用外，强大的材料库特性定义，对不同单元高亮度注解，并立刻显见它们的特性。例如：帮助我们缩短更改时间，分析人员以前需几个星期完成的工作，现在只需几天就可完成。” / u- K! X1 q( F# H: N% n
尽管整个卫星的设计生产需要做彻底的实验，然后精确的有限元分析省去了对有些部件的物理样机的实验，物理样机实验一个新的部件需要安全因子达到预计飞行实验的1.25倍。然后，通过分析，有些部件只需进行飞行载荷实验，因为有限元分析结果表明，它可以承受2倍的安全系数。 Femap经常扮演分析的一个重要角色。
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2 Q/ V, C6 k- f! E4 [; G$ x0 ^5 r1 i通过开发GLAS，工程设计人员已经进行了大量的单元和子系统的物理样机实验。然而分析工作使实验信息和设计人员的设计预计得到完全的统一，使整个工作顺利向前，我们叫它模型相关性。当整个卫星安装完成，并实验成功后，他们可以用测试数据去重新优化设计模型。 |
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Femap 是 UGS 家族的业界领先的有限元分析软件，它采用易于使用的基于 Windows 技术的工程有限元模型建模及后处理工具 (FEA) ，并且与业界其他数字化仿真产品兼容，如 MSC. Software 公司的 MSC.Visual Nastran 、 Network Analysis 公司的 Sinda/G ，以及广泛应用于造船行业的美国船舶局的 SafeHull package( 船舶安全软件包 ) 。 Femap 基于一个开放的技术，可以适用于众多的工程应用领域，同时它以 Parasolid 为核心，可以直接读取世界上 35% 以上的实体模型。