第二天：美国空军如何做F-15的FEM分析？

导读：作为“点肆100”计划的一部分，工业4.0研究院拟发布系列文章，谈谈“数字孪生维护”相关成果及解决方案。欢迎大家加入点肆公司（联系方式见文后），一起进入数字孪生工程世界。

在第一天的数字孪生维护分享中，笔者介绍了10多年前AFRL的“机身数字孪生体”项目。很快有读者联系笔者，希望了解美国现在做ASIP的进展，为此，第二天的文章围绕美国空军在ASIP的进展为主题。

由于AFRL当时开展ADT项目是以F-15C为试验平台，为了有一定的对比性，本文选择美国空军依托有限元法（FEM，Finite Element Method）的ASIP应用案例，分析美国空军在数字孪生维护上的最新进展以及发展重点。

下图是美国空军负责ASIP的一支团队，他们主要负责完成计划好的飞机维护工作。

针对飞机疲劳的FEM分析，在波音公司的协助下，美国空军寿命周期管理中心（LCMC，Lifecycle Management Center）开展了“基于F-15疲劳FEM的ASIP工作流程”研究项目，这很好展现了美军在数字孪生维护上的最新进展之一。

点肆公司针对10年前的ADT项目做了深入研究。当时的数字孪生维护分为三个阶段：第一阶段形成P2IAT方法论（Methods）；第二阶段做控制点（CP，Control Point）的联合分析；第三阶段是全尺度的耐久性测试分析。

过了10年时间，从美国空军针对F-15战斗机的全尺度耐久性测试分析来看，已经实现了更好的现场检测和维护效果。

按照美国空军和波音公司发布的信息来看，从损伤检测获得数据，可以作为FEM关联分析，从而建立一套战斗机损伤数据管理体系，为F-15的数字孪生维护提供了基础。

通过精心选择飞机结构的控制点，通过不断更新的数据，能够建立关联分析。

基于10年前建立的P2IAT方法论基础上，美国空军依托ASIP疲劳分类建组，建立了关键单个飞机跟踪数据体系。美国空军ASIP-集成产品团队（IPT）对此进行分析，最终在F-15战斗机的机翼上建立了7个区域（Breakouts）。

在分区域的监测体系建立之后，可以获得充足的数据，从而为FEM分析提供了数据，能大大改善F-15战斗机的疲劳分析效果。

按照美国空军新的FEM分析体系，在建立分区域的FEM之后，再进一步建立详细的应力FEM和耐久性/损伤容限分析（Detailed Stress FEM & Durability and Damage Tolerance Analysis），提高预测飞机结构维护的准确度。

ASIP是一件专业性非常强的工作，为了讲清楚数字孪生维护的概念和应用，通过美国空军F-15战斗机相关工作，能够跟行业人士建立有效的沟通方式。

点肆公司针对ASIP建立了知识体系和案例库，特别是美国空军在过去10年不断优化提升P2IAT方法论，并在流程和工具链上有了成熟的体系，这对我国推进数字孪生维护工作有很好的借鉴作用。

欢迎掌握飞机结构专业知识和经验的行业人士参与交流讨论，或加入点肆公司团队，共同推进我国飞机结构完整性相关工作。

（未完待续）

作者：胡权，工业4.0研究院院长，北京点肆数字技术有限公司负责人，联系方式：huquanbj（微信）