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案例 | MSC Apex先进的设计权衡FEA能力助力 eVTOL 飞行器

Joby AviationMSC Apex先进的设计权衡FEA能力使Joby Aviation能够将内载荷建模时间缩短至原来所需时间的三分之一。Joby Aviation正在与时间赛跑,以认证其全电动、全新的飞行器设计,通过在飞行器的每个领域追求创新,推动航空工业的发展……




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Joby Aviation

MSC Apex先进的设计权衡FEA能力使Joby Aviation能够将内载荷建模时间缩短至原来所需时间的三分之一。Joby Aviation正在与时间赛跑,以认证其全电动、全新的飞行器设计,通过在飞行器的每个领域追求创新,推动航空工业的发展,同时也试图成为世界上第一架获得认证的eVTOL飞行器。

凭借复合材料机身,倾转旋翼,可容纳4名乘客和一名飞行员,Joby飞行器的设计航程为150英里,可以将客户从主要大都市区的一侧带到另一侧,时间仅为汽车或铁路的一小部分,并且比直升机安静100倍 - 在加利福尼亚州中部,Joby的总部所在地,这意味着从圣何塞到旧金山只需15分钟,而现在同样的路程,开车或坐火车需要1.5-2小时。

为了实现这个看似不可能完成的任务,Joby Aviation的工程师需要一个与机身一样的下一代的工程平台,以实现其雄心勃勃的认证目标,这就是他们采用MSC Apex的原因,其集成的CAD到Mesh工作流程,允许快速完成设计迭代,其时间仅为传统FEA软件包的一小部分。

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Joby Aviation的 eVTOL 飞行器


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挑 战

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要为一架新的飞行器进行认证,需要生成内载荷,整个机身的有限元建模环境必须是有序的,同时也必须足够灵活,以应对飞行器每个角落的快速变化。新飞行器的认证通常都需要很多年的过程,随着不断出现的设计变更,分析也会变得复杂。

Joby Aviation设定了2024年与乘客共乘的目标,这需要设计和分析并行进行的创新概念。为了实现这一目标,除了先进软件的支持外,还需要在全公司范围内专注于简化传统工作流程和过程。简单地说,传统的内载荷建模方法行不通,非传统的工程工作流需要非传统的工程软件。为了实现其雄心勃勃的认证目标,Joby Aviation需要一个与其机身一样的下一代的平台。

“在这个新飞行器认证的世界里,我相信我不是唯一一个对克服‘做事的方式’的惯性感到沮丧的人。但在Joby,我们可以利用一切机会将时间表向左拉,我们愿意探索,“Joby Aviation的结构分析师兼内载荷专家Brian Smith表示,“每个问题都有一个解决方案,花一分钟的时间来弄清楚我们将如何制定我们的解决方案是值得的。这需要正确的计划和正确的工具。”

为了找到一个优化的解决方案,Joby的工程师不得不问自己,他们把大部分时间花在哪里 - 是否有人正在等待输入以继续他们的工作? 有什么事情可以并行处理吗? 是否有机会组合工具集,或者想办法让它们同步?


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解决方案

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在对MSC Apex进行评估时,将设计和分析的每个步骤与现有工具集进行比较,以衡量所节省的时间,并寻求效率。在此评估阶段,我们完成了一个基准测试,主要集中在几何清理、网格划分、网格连接、考虑设计变更以及实现一个可运行的NASTRAN模型等方面花费的时间。

在此基准测试期间,当纳入了设计变更时,游戏规则发生了改变,需要通过更新用于内载荷建模的现有的有限元模型(FEM)来反映这一变化。传统的工具集需要对完整的模型重建,而MSC Apex能够纳入设计更改,并修改现有的FEM,从而能够在很短的时间内构建一个新的内力载荷模型。


★ 亮点 ★

产品

MSC Apex

行业

航空

优势

●与其他软件产品相比,为Joby提供的内载荷建模速度很有价值,并且可以缩短建模时间。

●设计更改允许对现有FEM进行动态更新,而不是每次都从头开始构建新的FEM。

●由于MSC Nastran 相似,Joby能够从MSC Apex导出MSC Nastran BDF文件,该文件无缝集成到 Nastran中,用于解决和后处理。

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MSC Apex的几何变换工具可以应用于双曲面全复合材料机身部分,允许“实时”设计变更,所有单元和连接保持完整,几乎不需要返工。

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完成的设计变更基准测试结果,大大减少了花费的时间和工具使用的数量。

设计变更方案

额外乘客数量

传统的FWM工具

MSC Apex

完成时间

45+分钟

15分钟

工具使用数量

36个菜单

7个工具


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结果

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该基准测试将五天的工作流程减少到一天的工作量,由于无需重新划分网格即可将旧的零件无缝切换到新设计方案,节省了大量时间。

除了节省工程时间外,总体挫折感也大大减少,这通常是由于在整个内载荷有限元建模过程中重复和单调的任务造成的。通过MSC Apex的用户体验以及其专业的建模过程,避免了这种挫折感。通过整合Joby Aviation在产品和人员方面的真实反馈和建议,MSC Apex正在推动工程领域向生态系统级支持的更大转变。

“Apex平台从根本上比其他预处理器更实用,它让你可以自由地构建你想要的模型,而不是让用户遵从预处理器的‘方法’。

预处理器应该是工具,工程师应该是驱动程序,不应该是反过来的,MSC Apex给了用户很大的自由,而其他软件没有。——Brian Smith, JobyAviation结构分析和内载荷组

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Above: Joby的eVTOL飞行器的后视图,显示了机身和机翼上大量的双曲面