鸟撞45#钢平板动响应试验研究

采用动态数据采集系统,对45#钢平板在不同撞击速度下的鸟撞动响应全过程进行了详细研究,得到了撞击过程中平板上三个点位移和四个点的应变、撞击方向4个支反力等物理量随时间变化历程,同时利用高速摄像系统记录了鸟撞过程中鸟体及平板动态变形的全过程。对重复试验的结果进行比较,二者良好的一致性表明试验结果的可靠性,在此基础上分析了平板动响应及鸟体破碎随撞击速度的变化规律。发现,位移及撞击支反力峰值随撞击速度的提高而线性增大;撞击速度越高,鸟体的流体特性越明显,表明高速撞击数值模拟中鸟体应采用描述流体行为的本构模型。该试验结果对建立合理的鸟体本构模型及验证鸟撞有限元计算方法具有重要意义。     

海底管道受坠物撞击的三维仿真研究

采用三维非线性有限元法模拟海底管道受到船锚或其他坠落物体的冲击碰撞过程,并采用Newmark法和N-R迭代法相结合求解了撞击动力学方程,分析了物体形状、碰撞角度、物体与管道间摩擦、混凝土厚度及管道内压对管道碰撞的影响.结果表明相同撞击条件下,立方体和球体对管道的撞击产生的最大Mises应力要比圆锥体大的多,随着圆锥角角度的增加管道的最大Mises应力是增加的;碰撞角度为90°时对管道的影响最大;摩擦对管道撞击影响较小;管道最大Mises应力随着混凝土层厚度的增加而减小,但随混凝土厚度的增加,减小的幅度越来越小;内压的存在使管道等效应力增加,但能减小管壁上的局部变形,使得冲击能量更多被用来产生整体变形.     

直升机旋翼桨叶鸟撞动态响应计算

基于旋翼综合气弹分析程序,求解出直升机旋翼桨叶在飞行过程中的稳态响应。以此作为鸟体撞击桨叶的初始状态,采用非线性流-固耦合算法,建立了直升机旋翼桨叶鸟撞动力学方程,利用直接数值积分方法求解桨叶的动态响应。并讨论了鸟体速度、质量、撞击位置、桨叶根部约束和离心力等参数对桨叶动态响应的影响,从而为直升机桨叶抗鸟撞设计提供一些理论依据。     

AP1000安全壳在大型商用飞机撞击下的动力响应分析EI北大核心CSCD

自“9·11”事件以来,核电站抵御大型商用飞机撞击一直是核安全领域的热点问题。采用ANSYS/LS-DYNA软件建立波音737 MAX 8和AP1000安全壳的精细化有限元模型,基于Riera法验证了飞机撞击有限元模型准确性,进行了5种不同初始撞击速度(100 m/s,150 m/s,200 m/s,250 m/s和300 m/s)和5种不同撞击高度(30 m,39 m,47 m,54 m和65 m)的飞机撞击安全壳全过程数值模拟,研究和分析了飞机的撞击力时程和动能时程、钢制安全壳的动力响应、等效应力分布和其局部破坏情况。结果表明:飞机撞击过程引擎对撞击力的贡献最大,约为机身撞击力的3~4倍;筒身等效钢梁处的撞击力峰值较非等效钢梁处大,最大达到了后者的171%(速度为300 m/s);安全壳筒身段与穹顶的交界处为安全壳结构的最危险位置,在此位置处安全壳环向和竖向贯穿尺寸均大于同初始撞击速度下其他位置的贯穿尺寸,最大环向、竖向贯穿尺寸分别达到29.68 m和17.86 m;当飞机的撞击速度大于150 m/s时,撞击区域钢板等效应力影响范围随初始撞击速度的增加而减少,撞击等效钢梁处的钢板等效应力分布范围相对于撞击非等效钢梁处的更大。研究成果可为类似核岛安全壳的抗飞机冲击安全评估和设计提供参考。     

冰-水耦合作用下流冰对明渠的撞击破坏响应分析

为研究水介质中流冰对输水明渠的撞击影响，基于流固耦合的计算方法，运用LS?DYNA软件对水介质中流 冰与明渠的撞击过程进行非线性有限元仿真，并通过几何比尺为1∶10进行模型试验验证。以流冰与明渠碰撞角 度、流冰厚度、明渠衬砌混凝土强度等级为变量，探究其对流冰碰撞输水明渠的影响规律。结果表明：碰撞角度为 90°工况下的明渠衬砌撞击区的最大等效应力与X方向最大位移分别是38.66°，45°，63.43°工况平均峰值的3.01倍和 4.19倍，且90°工况下明渠衬砌撞击区发生了约为5.72×10-6 m的损伤变形，而38.66°，45°，63.43°工况下的损伤变形 约0~4.78×10-7 m，表明倾斜的坡面可以有效减小流冰对明渠撞击区的撞击力、位移及损伤变形；流冰厚度对明渠 衬砌撞击的最大等效应力与X方向最大位移呈现出近似的线性关系；流冰对明渠衬砌撞击的最大等效应力与X方 向最大位移随着混凝土强度等级的增大而逐渐减小，两者呈现出近似的线性关系。综合分析所模拟的不同工况可 以发现，冰渠之间的水由于受到冰运动时的挤压作用而预先产生一个高压力场，在求解分析时应充分考虑，不可忽 略；同时，试验值与模拟值基本吻合，表明数值模拟仿真模型准确可靠。     

舰用汽轮机汽缸在断叶撞击下数值模拟及可靠性

建立了分析舰用汽轮机汽缸在断裂动叶片撞击下的可靠性的数值计算模型。取断裂叶片初始撞击速度、质量、屈服强度、弹性模量以及汽缸材料的弹性模量、屈服强度和极限强度作为随机变量,利用蒙特卡罗方法得到一定数量的样本采用对较小的样本数量进行拟合的方法,用产生随机数程序得到50组随机变量的初始值,建立断裂叶片撞击汽缸的数值计算模型进行仿真计算,得到叶片撞击下汽缸的最大等效应力值。利用强度极限准则,采用W检验得到了汽缸最大应力分布模型及功能函数,得到汽缸的破坏概率,研究汽缸在断裂叶片撞击下的可靠性分析方法。     

复合材料雷达罩鸟撞破坏的流固耦合动响应分析

建立了鸟撞复合材料雷达罩有限元模型,用壳单元模拟雷达罩,在鸟体周围附加用于模拟空气的欧拉流动域,利用显示动力分析软件LS-DYNA对鸟撞复合材料雷达罩的过程进行了数值模拟,对雷达罩的破坏响应进行了分析。结果表明,在撞击的过程中,应力的峰值主要出现在被撞击区域的周围;部分区域的不同材料层间会承受不同的应变趋势。     

基于真实形状鸟体的撞击方向对鸟撞分析影响研究

鸟体形状及撞击方向对鸟撞分析影响较大。真实鸟体形状复杂,不同鸟类外形、大小各异,研究中常用简化替代模型模拟。4种常见鸟体替代模型为球体、圆柱体、两端半球-中间圆柱体及椭球体。实际鸟撞事故中,鸟可能从头、尾、翼及腹部等不同方向撞击飞机,所致影响不尽相同。对此,建立真实形状鸟体撞击刚性靶有限元模型,研究不同撞击方向对鸟撞分析影响;进行4种简化鸟体替代模型分析,并与真实形状鸟体分析结果对比,研究替代模型对真实形状不同撞击方向的适用性。结果表明,不同撞击方向对分析结果影响较大,腹部冲击力极值最大,冲击持时最短;头、尾部冲击极值较小。腹部冲击动能衰减最快、最多,尾、翼部次之,头部最慢。尾部与两端半球-中间圆柱体撞击计算结果吻合较好;腹部与椭球体长边侧撞击计算结果吻合较好;头、翼部与替代模型计算结果吻合较差。     

海底管道受坠物撞击的三维仿真研究(稿号5913修改稿)

采用三维非线性有限元法模拟海底管道受到船锚或其他坠落物体的冲击碰撞过程,并采用Newmark法和N-R迭代法相结合求解了海底管道的动力响应过程,分析了物体形状、碰撞角度、物体与管道间摩擦、混凝土厚度及管道内压对管道碰撞的影响。结果表明相同撞击条件下,立方体和球体对管道的撞击产生的最大Mises应力要比圆锥体大的多,随着圆锥角角度的增加管道的最大Mises应力是增加的;碰撞角度为90°时对管道的影响最大;摩擦对管道撞击影响较小;管道最大Mises应力随着混凝土层厚度的增加而减小,但随混凝土厚度的增加,减小的幅度越来越小;内压的存在使管道等效应力增加,但能减小管壁上的局部变形,使得冲击能量更多被用来产生整体变形。     

高速列车风阻制动风翼抗鸟撞分析

对研制的复合材料高速列车风阻制动风翼建立有限元模型。据接触-碰撞基本理论利用非线性动力分析软件LS-DYNA对鸟撞制动风翼过程数值仿真,将计算结果与实验数据对比验证仿真过程的合理性。结果显示,该制动风翼能承受500 km/h鸟体撞击,极限能达625 km/h,满足要求设计。鸟撞过程中制动风翼变形具有冲击波传递特征,应力峰值主要出现在被撞击区域,与底座相连部分及摇臂附近也会出现应力集中。     

基于大涡模拟考虑叶片停机位置大型风力机风振响应分析

为研究停机状态下不同叶片位置对大型风力机塔架-叶片体系风振响应的影响,以某3 MW大型水平轴三叶片风力机为研究对象。基于大涡模拟(LES)方法对叶片八个不同停机位置下的风力机体系流场和气动力性能进行了数值模拟,并通过与国内外实测数据对比验证了该方法的有效性;结合有限元法对考虑叶片不同停机位置的风力机塔架-叶片耦合模型进行了动力特性和风振响应时域分析。主要结论为:不同叶片停机位置对风力机塔架绕流特性和气动力分布影响显著,塔架中上部风振响应受叶片不同停机位置的影响最大,尤其是迎风面和背风面的脉动位移均方差响应较大,相应最大值出现在工况八下塔顶350°位置;最大塔底弯矩出现在工况二的环向330°位置;工况五下三叶片叶尖顺风向位移响应峰值2.5 m;研究表明在进行大型风力机抗风设计时应考虑不同叶片停机位置的影响。     

明胶鸟弹撞击复合材料蜂窝夹芯板试验

开展明胶鸟弹撞击复合材料蜂窝夹芯板试验,研究夹芯结构在软体高速冲击下的损伤形式,分析相关因素对结构动态响应结果的影响。通过CT扫描对复合材料蜂窝夹芯板内部进行检测可知,面板出现分层、基体开裂、纤维断裂、凹陷、向胞内屈曲等损伤形式,蜂窝芯出现芯材压溃、与面板脱粘的损伤形式;分析复合材料蜂窝夹芯板后面板的动态变形过程及撞击中心处位移-时间数据可知,复合材料蜂窝夹芯板在撞击过程中出现由全局弯曲变形主导和局部变形主导的两种变形模式;通过对比不同工况下的复合材料蜂窝夹芯板损伤程度可知,复合材料蜂窝夹芯板损伤程度随鸟弹撞击速度的增加而增大;蜂窝芯高度为10 mm的复合材料蜂窝夹芯板较蜂窝芯高度为5 mm的复合材料蜂窝夹芯板的损伤程度大;初始动能较大的球形鸟弹较圆柱形鸟弹对复合材料蜂窝夹芯板造成的冲击损伤程度更大。      

飞机驾驶舱后观察窗抗鸟撞试验及数值模拟研究

为了对飞机驾驶舱后观察窗玻璃进行抗鸟撞设计,进行了后观察窗玻璃抗鸟撞试验,试验中测量了观察窗玻璃上两个点的应变时间历程。利用大型商用碰撞分析软件PAM-CRASH建立了全尺寸鸟撞后观察窗玻璃有限元计算模型,对鸟撞后观察窗试验过程进行了数值模拟,比较了应变及位移时间历程曲线的计算结果和试验结果,二者良好的一致性表明计算模型的合理性。在此基础上分析了内外层玻璃厚度及中间空气层厚度对后观察窗结构抗鸟撞动响应的影响规律,为飞机驾驶舱后观察窗玻璃的抗鸟撞设计提供技术指导。     

2 MW风机叶片的结构设计及静力学分析

以2 MW风力发电机叶片为研究对象,通过Matlab中的优化函数fmincon对风机叶片的关键参数(弦长、扭角、轴向和周向因子)进行优化.采用UG建模,导入ABAQUS分析软件,将叶片分为叶片根部、主梁、前缘、后缘、腹板5个部分分区域铺层后,对其施加载荷进行静力学分析,分析不同部位应力和应变规律,同时对叶根部位的复合材料层间力进行分析.结果表明:叶片根部为应力最大部位,最大变形部位为叶片端部;-45°铺层的层间应力最大,而且应力随铺设角度的不同呈现出周期性变化.通过对叶片进行静力学分析和层间力分析,能够对叶片铺层设计提供可靠的依据.     

车辆撞击作用下泡沫铝防撞桥墩的动态响应特性

针对车辆撞击桥墩问题,设计了一种采用泡沫铝材料的桥墩防撞装置。采用LS-DYNA软件分别建立有无防撞装置的桥墩三维实体单元模型,分析了车辆撞击作用下各桥墩的动态时程响应。对比了两种情况下车辆对桥墩的撞击力、桥墩位移和应力等特征参量,并从能量传递的角度分析了泡沫铝防撞装置的耗能能力和撞击车辆损伤。结果表明:采用泡沫铝防撞装置后,车辆对桥墩的撞击力、桥墩位移和应力都明显减小,撞击过程中大部分能量被防撞装置吸收,泡沫铝防撞装置可起到同时保护桥墩与车辆的作用。研究结果可为车辆撞击桥墩相关研究和桥墩防撞设计提供参考。     

运输类飞机风挡鸟撞位置影响分析研究

根据CCAR 25.775要求,研究运输类飞机风挡的鸟撞安全性以确保运输类飞机风挡结构满足适航要求。基于瞬态动力学软件PAM-CRASH建立碰撞数值仿真模型,对撞击位置的影响进行参数化研究。通过研究接触力、动能变化的分布规律,证明越靠近机身纵轴,接触力越大,飞机吸收的鸟体动能越多。通过将风挡变形过程与鸟体动能变化相联系,发现部分工况的撞击结果对边界表现出较强的相关性,风挡边界夹持部件对风挡变形能力的影响不可忽视,并考虑了窗框结构不同部位支持刚度的差异性。同时,通过分析窗框结构不同部位的内能分布,指出了窗框结构在不同鸟撞位置影响下的响应特点。最终发现,对于风挡结构而言,撞击点相对飞机纵轴的距离、边界夹持部件两大因素属于较为敏感的因素,并依据这两因素给出了具有代表意义的四个撞击靶点,研究结果对适航审定工作有一定的参考意义。     

车辆撞击下钢筋混凝土桥墩的动力响应及损伤特征

基于LS-DYNA软件对车辆与典型钢筋混凝土桥墩的碰撞进行了非线性有限元模拟,重点考察了不同边界条件和箍筋直径的桥墩在车辆撞击作用下的动力响应及损伤特征,特别是钢筋混凝土桥墩的典型破坏形态。分析结果表明:①桥墩主要发生剪切破坏,且桥墩底部固定约束位置由地面处下降1 m时,桥墩主要损伤区域将由地面以上1.2 m扩大至地面以上2.5 m;②当桥墩箍筋直径由8 mm增大至24 mm时,桥墩最大水平位移平均降低71.3%;3)上部结构重力作用使得桥墩名义撞击高度范围内受拉纵筋应力大幅减少。综上分析,非线性有限元法对车辆与钢筋混凝土碰撞的模拟是有效的。     

基于流固耦合的离心泵启动过程瞬态叶片动应力特性

为研究离心泵启动过程的叶片的应力和变形情况,针对IS65-50-160的离心泵启动过程瞬态内部流场和结构场进行了双向流固耦合联合求解。其中流场计算基于RANS方程与SST湍流模型;结构场计算基于弹性体结构动力学方程;对叶轮叶片在双向流固耦合作用下的变形和应力分布进行了计算,获得了离心泵启动过程中瞬时效应对叶片应力和应变的影响规律。研究结果表明:叶片的最大等效应力和应变呈振荡上升趋势,振动强度先减小后增大;在离心泵启动过程中,叶片进口与后盖板的交界处出现应力集中,叶片的变形量从后盖板到前盖板呈递增的趋势;叶片的最大等效应力和应变量都大于稳态工况下的最大等效应力和应变量。     

层合中厚浅球壳受撞击时的非线性动力响应分析

建立了正交铺设层合中厚浅球壳在任一位置受撞击载荷作用的非线性运动微分方程,根据Hertzian定律,考虑撞击物与浅球壳之间的弹性接触效应,确定了壳体在其接触处所承受的冲击力。对此非线性动力问题,采用有限差分法与时间增量法求解。算例中,讨论了撞击物的速度、壳体中曲面曲率半径及接触点位置对壳体所受冲击载荷及其位移响应的影响。     

超高速撞击过程产生的电磁脉冲对测试信号的干扰

超高速撞击过程的毁伤破坏机理研究对评估动能武器撞击毁伤能力及碰撞破坏程度等具有重要理论意义。为探索超高速撞击条件下靶内应力波测量方法,在层状结构的花岗岩靶内布置PVDF薄膜传感器测量撞击过程中应力波传播。试验结果表明:当弹速小于2 500 m/s时,PVDF薄膜可有效获得应力波信号,弹速接近3 000 m/s时,撞靶过程产生的电磁脉冲会对PVDF传感器产生干扰,无法获得有效信号。电磁脉冲的幅值大小与弹体材料无关,与弹速有关,速度越高,干扰越严重。弹速大于3 000 m/s撞击靶标时,测点布置距撞击表面应大于500 mm,速度越高测点距碰撞点的距离应越大,近距离处的应力波可根据远处有效信号通过数值仿真计算获取。