类型b
王彬文、聂小华、万春华（通信作者）、吴存利来自中国飞机强度研究所（西安 710065），于2022年6月在《航空学报》(Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)发表了题为《全机静强度虚拟试验技术研究及应用》的论文。本文探讨了飞机结构静强度虚拟试验技术的研究进展及其在大型飞机静强度试验中的应用。
地面试验是验证飞机结构性能和品质的重要手段，但全机地面静强度试验具有高载荷、大变形的特点，可能导致非预期破坏和试验系统故障风险。传统的物理试验虽然可靠，但复杂度和成本较高。为了应对这些挑战，国内外先进航空制造企业和研究机构普遍采用以数字仿真为主要手段的虚拟试验技术。虚拟试验技术通过高性能计算机、网络环境、传感器和各种虚拟现实设备，建立模拟真实使用状态的人机交互虚拟环境模型，对虚拟仿真模型进行数值模拟仿真，分析其功能与性能，并直观展示结果。
主要观点： 飞机结构静强度虚拟试验技术体系包括试验物理系统数字化、结构力学行为虚拟化及试验过程虚拟物理融合化三个部分。 - 试验物理系统数字化： 包括试验加载支持系统、试验控制系统、试验测量系统的物理系统数字建模和仿真技术研究，构建虚拟环境模型。通过运动分析和加载模拟，检测试验设计的合理性，并进行耦合仿真和控制参数优化。 - 结构力学行为虚拟化： 开展高精度模型构建、模型校核与验证、渐进式破坏分析等技术研究，实现虚拟环境下对试验件响应的模拟。采用多层次/多尺度分析方法从全机到关键部位逐级细化分析，获取结构失效的机理和形式。 - 试验过程虚拟物理融合化： 开展虚拟与物理试验一致性评估、数据驱动的试验监控预警及试验结果虚拟显示等技术研究，综合利用虚拟试验与物理试验结果数据，实现对试验的实时监控与预警。
支持证据： - 空中客车公司(Airbus)自2000年前后制定了虚拟试验研究计划，逐步替代用于验证的全尺寸主试验。 - 波音公司(Boeing)试验/评估部门特别重视建模与仿真(M&S)的作用，从飞机产品研制初始阶段开展跨部门间的协作，并尽早开展校核与验证(V&V)工作。 - 美国国家航空航天局(NASA)与Alpha Star和Boeing公司在利用虚拟试验技术对飞船飞行资格进行认证，确定了飞船的破坏模式。
主要观点： 试验物理系统数字化是开展虚拟试验的基础，通过对物理试验设施建模、性能表征，实现试验设计、试验加载、试验控制、试验测量的数字化。 - 试验系统数字化建模： 建立涵盖加载和支持的机械系统、液压系统、控制系统、响应的测量系统的数字仿真模型。 - 虚拟装配及干涉检查： 制定基于XML格式的虚拟装配模板，实现试验加载支持系统的虚拟装配，完成对初始状态的干涉检查。 - 系统耦合仿真与控制参数优化： 基于多学科相似原理将各子系统转换为时域解析模型，构建试验系统耦合模型，进行耦合仿真和控制参数优化。
支持证据： - 德国IABG公司在A380全机强度验证试验过程中，通过数字化手段构建了一体化试验整体加载框架，并将试验过程分为五个阶段。 - 美国空军研究试验室2012年提出了“机体数字孪生体”的概念，机体数字孪生体可以用来模拟和判断机体是否满足任务条件。
主要观点： 模型技术是静强度虚拟试验能否真实模拟试验件物理特性的关键技术，分析方法是模拟结构破坏过程的手段。 - 多层次/多尺度模型： 提出多层次建模策略，包括Ⅰ级模型用于总体响应分析、Ⅱ级模型用于快速评估关注部位试验风险、Ⅲ级模型用于关注部位承载能力分析、Ⅳ级模型用于渐进式破坏分析。 - 模型校核、验证与修正： 采用模型校核与验证技术对模型可靠性进行评估，确保预测结果的可靠性。 - 渐进式破坏分析： 考虑几何非线性及材料弹塑性与损伤演变，提出多种适合工程应用的半经验型韧性断裂准则。
支持证据： - 大量研究表明建模时不但要考虑网格尺度、元素，还要考虑铆钉刚度、筋条的缘条与蒙皮是否接触等因素。 - 强度所针对EWK (ESI-Wilkins-Kamoulakos)准则，结合国产材料体系进行了适用性研究，表明该准则具有较高的精度。
主要观点： 虚拟试验和物理试验有机融合，可以对模型进行一致性评估，校准虚拟试验模型，实现对试验的实时监控与预警，并将试验状态和响应高逼真虚拟显示。 - 一致性评估准则： 通过统计方法和图形分区方法进行一致性评估，确定误差区域，查找原因。 - 数据驱动的监控预警技术： 利用试验测量数据进行实时分析与监控预警，降低风险。 - 虚拟显示技术： 将采集的试验数据及分析处理结果以直观的方式进行展现，支撑试验指挥决策。
支持证据： - 在危险定位和监控预警显示方面，核心环节是建立结构、应变片及数据之间的关联关系，在应变片数字化建模中充分考虑这些因素。
本文概述了飞机结构静强度虚拟试验技术及其在大型飞机静强度试验中的应用，诠释了试验物理系统数字化、结构力学行为虚拟化及试验过程虚拟物理融合化技术。通过虚拟试验技术的应用，有效提升了全机静力试验的精准性、可靠性和安全性，缩短了试验周期，为飞机研制发挥了重要作用。此外，数字孪生将是虚拟试验技术的延伸方向，未来有望进一步推动航空工业的发展。