
虽然设计者和工程师竭尽全力地确保他们设计产品的安全性和寿命,有时候不可预料的情况会发生。不管他们是力学失效,自然现象或者破坏活动的结果,即使是相当好的工程设计,每年这类事件都会导致数十亿美元的损失和大量生命的丧失。
当这些灾难发生以后,美国联邦应急管理局(FEMA)和其他政府部门经常征募工程师调查事故原因希望阻止以后这类事件的重新发生。通常,工程师需要运用模拟软件作“法医”似的调查,他们通常求助于ANSYS公司。
以下的几个案例介绍了ANSYS软件在美国几大著名灾难的事后调查中的应用,也许没有一个方法可以在第一现场预测和阻止这些灾难的发生,但是值得注意的是ANSYS软件在帮助工程师了解极端环境下失效的结构中所起的重要作用。
1986年1月28日——航天飞机挑战者的毁灭

119环球航空坠机事件
当挑战者在弗罗里达的肯尼迪空间中心发射73秒后,由于发动机密封剂的失效,混合液态氧和液态氢燃料的点燃摧毁了人造卫星挑战者。总统罗纳德里根下达任务来调查该事件的原因并寻求改进的办法。调查队的成员乃犹他州的锡奥科尔(Thiokol)空间操作中心的工程师-原固体火箭推进器(SRB)的设计师,通过运用ANSYS的非线性分析功能发现,寒冷的天气导致密封固体火箭的橡胶的O-链变硬,失去了粘性,导致连锁反映最终造成了挑战者的毁灭。
锡奥科尔公司的主结构分析师特洛伊说,“这可能是至今运行的最大的ANSYS非线性模型”。仅在高应力集中区的柄和U型夹的连接区域就包括了3万个单元和10万个自由度,整机结构的模型规模就可想而知了。莫说在20年前,就是在今天,这规模绝不算小。
当这些设计缺陷被发现,NASA要求重新鉴定SRB。根据ANSYS计算的结果,工程师们重新设计了SRB的连接系统减小了间隙和应力集中。ANSYS被证明是确保未来航天飞机发射成功和安全的一把钥匙。
1996年1月19——美国环球航空公司800航班的坠毁
环球航空公司800航班-波音747-100飞机从纽约的约翰弗肯尼迪国际机场起飞后的14分钟发生爆炸坠毁在离长岛9英里的海里。
至今,导致坠毁的确定原因还没有找到,但是,由波音公司、美国运输安全委员会(NTSB)和联邦航空局(FAA)组成的联合调查先头部队得出了一个“最有可能的”设想来解释发生在这个夜晚的灾难性事件。
通过ANSYS的模拟,对复原的飞机残骸进行了全面的调查,调查者猜测,在几乎空的中央机翼箱中的油气混合物由于逐步升高的温度而点燃,这些气体化合物的点燃导致油箱的裂开,最终导致了飞机的爆炸。当然油箱着火或者这种类型的爆炸非常罕见,但是以前经过确切证明的其他两件事件可以说明确实存在这种可能性。
帕特里克,波音的资深专家回忆圆满解决此重大事件归功于ANSYS的强大结构和计算流体动力学能力。“进行失效分析,在这种水平上在此之前可能从没有听说过”他欣喜地说,“它至今仍然无人能及”。
环球航空公司800航班的ANSYS建模如下图,是在747-400运输机基础上修改的ANSYS有限单元模型,包括12万个壳和梁单元共有75万个自由度。帕特里克介绍说即使初始的燃点不确定,“我们在附近移动它,重新建模,重新分析然后仔细的观察结果,我们很有信心。”
根据帕特里克努力的结果,全国运输安全委员会建议联邦航空局采取众多措施预防此类事故重新发生。包括对当时在用的850架飞机的燃料箱的物理条件和所有相关组件的彻底检查。还考虑了其他防范措施如燃料箱中充入惰性气体,从周围的燃料箱中补给燃料(在更低温度下储存的燃料),任何时候燃料箱都携带“适当的”燃料