Sogeclair航空航天

模拟,3D印刷和铸造:大型航空航天结构的完美共生

增材制造,即通常所称的3D打印,正日益引起人们的兴趣,特别是在航空航天行业,降低质量和油耗是其主要目标。增材制造提供了巨大的潜力,因为它能够创造特定负载的有机形状。由于质量的减少和结构中多个部分和功能的集成,从而减少了时间和更多的重量。然而,增材制造作为航空领域的一种相对较新的方法,在认证和资格方面存在诸多问题,还有很多工作要做。3D打印技术的制造能力仍然受到3D打印机器尺寸的限制,这使得3D打印技术不适用于飞机内部较大的部件,比如发动机吊架或检修门。尺寸问题是3D打印的一个明显障碍。由于其复杂性和功能集成,飞机舱门虽然相当大,但在通过一次性生产方法降低潜在成本方面,它是一个非常有前景的部分。

在一项研究中,来自Sogeclair航空航天公司的工程师们通过创建一个开发流程来探索解决这个问题的方法,该开发流程将增材制造和铸造两种方法结合起来,这是他们开发和制造这种飞机舱门的优势。虽然铸造是一种有5000年历史、经过良好验证的工艺,但增材制造提供了目前任何其他制造方法都不具备的设计自由度。为了充分利用这些组合方法的潜力,我们使用Altair的HyperWorks™软件套件对车门进行了设计和优化。

模拟在Sogeclair

Sogeclair多年来一直在使用Altair解决方案,并严重依赖于Altair HyperWorks软件套件进行仿真和开发任务。大约20人经常使用Altair工具,其中一些在Sogeclair的创新部门,负责飞机门的开发。

工程师使用各种Altair HyperWorks工具,依赖Altair OptiStruct,FEA求解器和优化工具以及Altair HyperMesh和Altair Hyperview,适用于预处理和后处理。作为FEA求解器和优化软件非常感谢OptiStruct,因为它提供了一系列有趣的功能,可以为满足解决方案的收敛来设置优化。除此之外,Sogeclair航空航天设计师还使用Altair Inspire,生成的设计/拓扑优化和快速仿真解决方案,因为它易于使用,特别是在第一个设计阶段非常有价值。Sogeclair航空航天使用Altair的基于灵活的单位的许可系统所有的Altair工具。
“通过Altair HyperWorks,我们拥有强大的工具,为我们所有的项目提供了非常有效的工作方式。Altair OptiStruct、Altair HyperMesh和Altair HyperView基本上每天都在使用,帮助我们找到设计的最佳解决方案。”

- matthieu deloubes.
SOGECLAIR航空航天创新部项目负责人

挑战风之神-使“一击”可能的模拟,3D打印和铸造

在本研究中选择的例子是位于鼻机身的易趣访问门,操作员用于飞机检查和维护。Ebay的入口门在很多方面都是一个有趣的案例,因为团队面临着一些棘手的工程挑战:门太大了,不能使用DMLS(大约800毫米x 500毫米x 250毫米),它是由AS7G06铝制成的,在航空上使用DMLS还不合格,它拥有非常薄的皮肤,非常紧的尺寸和几何公差。

该研究以希腊风之神EOLE命名,描述了一种应用于飞机安全门的熔模铸造技术。制造过程是基于熔模铸造从3D打印树脂图案。EOLE研究由SOGECLAIR aerospace领导,并与CTIF、Ventana和voxeljet合作完成。voxeljet是工业应用3D打印系统的领先制造商,专门从事塑料和沙子粉末粘结剂喷射。bob电竞官方

该项目中解决的主要技术问题在“一拍”中铸造了一架飞机接入门(2F级),几乎净形状与有机加强筋相加。旨在证明这是可能的,参与本研究的工程师遵循系统的路线图,确保满足所有项目要求。优化研究持续了大约两个月,涉及八个拓扑优化运行和四个机械压力检查,以实现令人满意的设计。

在工程师们在这个项目中面临的诸多挑战中,有两个是最重要的。对于铸件,表皮厚度必须设定在最小可行壁厚。这是很重要的,因为门的外表面,被认为是机身的一部分,必须满足非常严格的尺寸和几何公差。检修门上另一个棘手的问题是护皮和加强筋之间的连接。为了处理这一点,SOGECLAIR航空航天概述了一些想法,用于CAD模型和随后的过程模拟。

在研究开始时,在设计过程的概念阶段使用拓扑优化,以优化给定的设计空间内的材料布局,这是主要约束之一。在随后的FE分析中,工程师调查了优化的设计。

随后的铸造仿真,特别是固体分数,使工程师能够改善部分的设计,并尽量减少缺陷的存在(收缩,裂缝等)。

充型和凝固模拟是为了准确地预测某些缺陷的位置和尺寸,如不完全充型区或气泡。然后,对飞机检修门的代表性区域,特别是比较复杂的区域进行可行性分析。在这些样品的基础上,SOGECLAIR aerospace最终制作出了真实尺寸的出入门,并使用粘结剂喷射技术将其3D打印在PMMA树脂中。根据这一程序,首先将树脂浸泡在barbotine中,然后涂上一层由几层沙子组成的外壳来建造模具。接下来,加热模具,可以消除树脂。最后,检修门在脱模后进行铸造和热处理。结果是一个优化的检修门,除了正确的尺寸外,满足了这个项目的所有重要要求。

Altair Inspire:Eole Access One的拓扑优化

Altair OptiStruct:Eole Access门的FEM分析

成型原型(左)和3D打印塑料模型(右)

模拟、3D打印和铸造共生的好处

Sogeclair航空航天非常满意,因为新的设计符合所有目标,他们通过Altair HyperWorks工具收到的模拟结果。虽然在经认证和资格方面仍有很多仍有待完成在未来飞机之前的认证和资格方面,但使用Altair解决方案使工程师能够毫不费力地优化门设计,特别是在重量储蓄方面。在仿真所提供的效益中,Sogeclair航空航天升起了大量的时间,工程师在使用Altair软件时节省。随着模拟产生的快速结果,工程师可以使用他们的宝贵时间来开发过程中的工程工作。Altair解决方案使Sogeclair航空航天能够降低开发周期和时间,因为在没有模拟的帮助下实现相同的结果是更多的时间。

一旦用这种方法制造的部件的认证确定,SOGECLAIR航空航天公司就会有一个先进的模拟过程,用于更多潜在的部件,以进一步优化飞机的整体特性。
查看2018年全球ATC的Sogeclair航空航天演示文稿。

关于SOGECLAIR航空

SOGECLAIR航空航天公司是SOGECLAIR S.A.集团的一部分,是航空航天工业的主要工程合作伙伴和主承包商。SOGECLAIR提供配置管理、航空结构、系统安装、飞机内饰、制造工程和设备方面的咨询和管理服务。公司的活动从研究和开发阶段延伸到产品供应。SOGECLAIR还通过其子公司和合资企业提供生产服务:AviaComp、ADM、MSB和PrintSky。生产的部件包括空客A350和庞巴迪c系列使用CFRP的燃油箱门、空客A380的金属地板结构以及商务飞机客舱内部。

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