飛機一般由機翼、機身、起落架和飛機操作系統(tǒng)組成，其結構受力復雜，用以往的經典工程分析進行應力分析已滿足不了現代飛機型號設計的要求，花費的時間長，分析的部位具有局限性。隨著大型計算機及工作站的出現和大量工程應用軟件的投入使用，使得復雜的工程問題得以用有限元法進行分析。從而使航空結構分析走上CAE的道路。使用有限元對飛機結構進行分析具有極大的優(yōu)越性。

ANSYS程序是一個功能強大靈活的設計分析及優(yōu)化軟件包，它可以對飛機的各大部件如機身、機翼、舵面、發(fā)動機短艙、氣密艙、起落架等進行常規(guī)的結構分析、熱分析、空氣動力分析、電磁分析，而且其強大的多物理場耦合功能可進行諸如流體－固體耦合、熱－結構c、磁－結構耦合以及電－磁－流體－熱- 結構耦合分析，完全能滿足飛機設計中對有限元分析的需求。

圖3-1圖3-2圖3-3

位于紐約州的奧歐拉市的穆格公司，設計軍用飛機在高振動條件下工作的馬達控制器，該控制器由鑄鋁室和若干電子模塊組成，裝有PCB板，冷卻風扇及其它結構。為了在實驗前揭露潛在的設計問題，以避免鑒定階段的重復設計，采用ANSYS進行了隨機振動分析、電子冷卻分析及疲勞失效分析。穆格公司的工程師杰拉德。米耶爾茲說：“我們發(fā)現ANSYS是一個極有價值的工具，它能夠在硬件尚未真正制造出來之前，識別潛在的許多問題，我們很高興在幾何與載荷都如此復雜的水準上進行這個工作。”圖3-1為控制器，圖3-2為變形，圖3-3為應力。

1.總體

在飛機總體設計分析中要考慮的問題有：

頻率和振型

線性和非線性靜態(tài)和瞬態(tài)應力

失穩(wěn)分析

飛鳥和飛機的撞擊

總體氣動性能

飛機、發(fā)動機的氣動匹配

軍用飛機的雷達反射特性以及紅外輻射特性

圖3-4瑞士Pilatus飛機公司對PC—12飛機用ANSYS進行了動力響應分析

ANSYS強大的動力響應分析功能可以快速地進行模態(tài)和振型計算。ANSYS可考慮許多因素對模態(tài)和振型的影響，可以準確地計算出飛機在各種條件下的模態(tài)和振型。

借助于多層殼及實體單元（ANSYS共有九十九層的復合材料殼單元和實體單元）能建立復合材料模型，這些單元允許疊加各向同性或各向異性材料層，層厚和材料方向允許變化。ANSYS提供的失效準則有最大應變失效準則、最大應力失效準則和Tsai—Wu失效準則，用戶也可以通過用戶子程序來定義自己的失效準則。ANSYS的復合材料功能特別適合于有大量復合材料的飛機系統(tǒng)。

通常，飛機機身有大量的聯接，如鉚接/焊接/粘結等結構，這些結構的處理是總體分析中極為重要但又難以處理的問題，ANSYS/LS-DYNA 為機身在振動、沖擊等作用下的動力相應分析提供了有效的手段。一方面軟件自身提供了鉚接、焊接（焊縫、電焊）、粘結等各種功能；另一方面顯示求解方法在振動等瞬態(tài)分析中容易處理聯接、接觸等因素。

解決動態(tài)撞擊問題也是ANSYS的優(yōu)勢所在，通過ANSYS的分析計算可以得到真實的飛鳥和飛機的撞擊效果和合理的耐撞結構，但要想通過實驗來獲得這樣的效果是不現實的，不僅耗費無法承受的財力，而且設計周期也會很長。

ANSYS/LS-DYNA不但具有很強的碰撞分析功能，還特有安全帶單元，可良好地模擬飛機墜地事故（圖3-5）中乘員所收到的沖擊以及安全帶的作用。

圖3-5飛機事故模擬

ANSYS能方便地進行失穩(wěn)分析

ANSYS的計算流體力學分析可以分析從低速到高超音速、從穩(wěn)態(tài)到瞬態(tài)的各種氣動力學問題，而且由于采用的是有限元法進行計算，所以對計算的結構形式沒有任何限制。詳見第六章“ANSYS在航空航天器空氣動力學分析中的應用”及第七章“ANSYS在航空航天器電子產品熱設計中的應用”。

ANSYS具有強大的電磁場分析功能，加上其熱輻射分析能力，可以很方便地計算軍用飛機的雷達和紅外隱身特性，詳見第八章“ANSYS在航空航天器電磁兼容、電磁干擾分析中的應用”。

2.鳥撞