鸟撞过程中撞击位置与撞击姿态对风扇叶片损伤影响研究

为研究鸟撞风扇叶片过程中撞击位置及撞击姿态对风扇叶片瞬态冲击响应的影响,通过CT扫描建立光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics, SPH)绿头鸭模型,根据相对速度原则对五个撞击位置和十五种撞击姿态的旋转风扇-鸟体撞击过程进行模拟。获得了撞击位置及撞击姿态对叶片不同位置应力响应及位移响应的影响规律。结果表明:在鸟撞叶片过程中叶片前后叶根以及前后缘易发生应力集中,在撞击过程中该区域最易发生损伤变形,且前叶根要比后叶根受到的应力更大,更易发生损伤变形;鸟撞击2/6叶高位置时,叶片受到的撞击力、叶根处及前缘处应力最大;Y-135°、Y-270°、Y-315°、Z-135°及Z-315°撞击姿态下前叶根受到的等效应力最大,Z-135°撞击姿态下后叶根受到的等效应力最大,Y-270°撞击姿态下前缘接触处位移最大。研究结果对航空发动机风扇叶片抗鸟撞设计及适航评估具有参考价值。     

Nomex Kevlar平纹织物超高速撞击本构模型开发

为了研究Nomex-Kevlar平纹织物对空间碎片的超高速撞击力学特性, 运用LS-DYNA本构模型二次开发技术开发了Nomex-Kevlar平纹织物在超高速撞击条件下的带最大应力失效标准的线弹性正交各向异性本构模型, 并定义了Nomex-Kevlar平纹织物在超高速撞击条件下的Gruneison状态方程参数。运用光滑粒子流体动力学方法和有限元方法建立了与NASA试验工况相同的Al-2017-T4球形弹丸以6.84km/s速度斜向30°撞击Nomex-Kevlar平纹织物的数值分析模型。仿真结果与试验结果的比较表明, 本文中开发的本构模型以及建立的数值分析模型可以准确描述Nomex-Kevlar平纹织物的超高速撞击力学特性。      

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。     

基于不同构型辅助梁的民机尾翼前缘设计与抗鸟撞性能研究

民用飞机对尾翼前缘的抗鸟撞性能有很高要求。某型民机尾翼前缘原始辅助梁为铝合金机加件,为了优化其抗鸟撞性能,提出了两种使用铝合金钣金辅助梁的尾翼前缘新构型。通过PAM-CRASH软件对三种前缘的抗鸟撞性能进行了数值计算,并根据计算结果在两种新构型中选择了抗鸟撞性能更好的作为优选构型。针对前缘原始构型和和优选构型开展鸟撞试验和试后计算分析。数值计算和试验结果都表明,该研究提出的带"波纹加强筋"的钣金辅助梁结构没有硬点,且材料延展性较好,可以通过结构发生大变形、紧固件大量失效吸收鸟撞过程中的能量,从而大幅提高尾翼前缘的抗鸟撞性能,而且该结构还具有明显的质量优势,可以应用于民机尾翼前缘抗鸟撞设计。     

典型薄壁结构抗鸟撞动响应试验及数值模拟研究EI北大核心CSCD

设计满足鸟撞适航条款要求的飞机薄壁结构,必须进行典型薄壁结构抗鸟撞动响应试验及数值模拟研究。对某飞机机头上壁板薄壁结构进行了鸟撞试验,并采用光滑粒子流体动力学-有限元法(smoothed particle hydrodynamics-finite element method,SPH-FEM),基于商用显式有限元分析软件PAM-CRASH,建立了鸟撞上壁板薄壁结构数值计算模型。计算结果表明,上壁板结构损伤模式主要包括蒙皮撕裂和铆钉断裂,计算结果与试验结果良好的一致性验证了该数值计算模型及方法的合理性。在此基础上,建立了鸟撞典型薄壁结构数值计算模型,研究了鸟弹不同撞击角度和速度下典型薄壁结构蒙皮极限厚度值,结果表明,随着撞击速度的增大,蒙皮极限厚度的变化对撞击角度十分敏感。拟合了典型薄壁结构蒙皮极限厚度与鸟弹撞击角度和速度之间的数学关系,为飞机薄壁结构抗鸟撞设计提供技术支撑。     

人工鸟研究进展及在飞机结构抗鸟撞中的应用

鸟撞是飞行安全的重要威胁,军机强度规范、民机和发动机适航标准均明确要求,须通过鸟撞试验等手段对结构抗鸟撞能力进行验证,并对鸟撞关键部位、鸟撞速度和鸟弹规格等给出明确规定。家禽鸟弹因个体差异因素导致鸟撞响应出现较大分散性,人工鸟弹成为该领域的重要研究方向,相关标准指出可使用人工鸟替代家禽实施鸟撞试验。介绍了明胶人工鸟的制备工艺,基于国内外鸟撞试验结果梳理,分析了人工鸟弹与家禽鸟弹动态一致性和可替代性;阐释了人工鸟弹形状和尺寸等因素对撞击响应的影响,给出了人工鸟本构模型及本构参数识别方法的最新进展与不足;梳理了人工鸟在鸟撞试验研究方面的应用现状及人工鸟标准化方面的展望。     

明胶鸟弹撞击力传感器试验及数值建模方法研究

为研究不同质量和不同速度下明胶鸟弹的数值建模方法,开展明胶鸟弹撞击力传感器试验。试验过程中明胶鸟弹呈现类似流体状破碎和前端破裂后残余部分回弹的两种失效模式;在数值建模中,对破碎呈流体状的明胶鸟弹选用SPH方法离散及状态方程本构模型,对前端破裂后残余部分回弹的明胶鸟弹选用拉格朗日方法离散及含失效的弹塑性本构模型,并依据试验结果分别对其本构参数进行反演,计算结果与试验结果吻合度较高,验证了该建模方法的合理性;对本构参数适用性进行验证,结果表明,在该设计的明胶鸟弹质量和撞击速度范围内,对于含失效的弹塑性本构模型,不同质量的明胶鸟弹需要不同的本构参数进行建模;对于状态方程本构模型,不同质量与不同速度的明胶鸟弹,需要不同的本构参数进行建模。     

光学玻璃材料动态冲击试验与鸟撞研究

针对多光谱硫化锌(zinc sulfide,ZnS)光学玻璃材料用于飞行器时的鸟撞问题进行了研究。对多光谱硫化锌玻璃进行了中高应变率下的压缩试验获得其材料属性。鸟体采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法建模,引入Gruneisen状态方程定义鸟体本构模型。对建立的鸟体模型进行撞击铝板的仿真并进行试验验证,验证结果表明建立的鸟体模型具有较高的精度,可以用于其它碰撞情景下的仿真。建立鸟撞玻璃平板的模型对多光谱硫化锌玻璃的耐鸟撞性能进行预测分析,仿真结果表明ZnS玻璃撞击部位和边缘约束的地方容易达到极限应变并发生失效;另外,随着鸟体撞击角度的减小玻璃表面的接触力峰值也逐渐减小。该研究所得结果可以为鸟体SPH方法的数值模拟以及多光谱硫化锌玻璃在飞行器上的应用提供参考。     

点阵构型对夹层结构抗鸟撞性能的影响

空心夹层叶片由于同时具备轻量化与吸能特性而被广泛应用于航空发动机设计,研究了四种不同点阵构型对填充式叶片等效模拟件的抗鸟撞能力的影响。通过均匀化方法给出四种点阵构型的等效刚度,然后基于随形自适应点阵填充结构的建模方法建立点阵填充的曲板模型,通过3D打印将单胞填充平板结构制造出来进行鸟撞试验并进行数值仿真。从变形机理和能量吸收的角度分析了四种不同单胞下填充结构的抗鸟撞性能,BCC具有更好的抵抗z方向挠度和面内y方向的褶皱两种变形的表现且相比于其他几种结构的吸能作用更优,所以BCC具有更好的抗鸟撞能力。     

基于动态性能测试和正交试验的缓冲包装结构优化设计

通过正交试验选择了缓冲包装件的九组不同的结构参数,并对这九组缓冲件实物进行跌落冲击试验和随机振动试验,通过对试验信号进行采集分析,确定了缓冲件的动态性能,最终优选出了动态性能最佳的结构参数.     

薄壁扁球壳在撞击载荷下的动态响应和吸能特性研究

对薄壁扁球壳结构撞击刚性板的动态响应和吸能特性进行了研究。通过不同材料特性和撞击速度下半径R与厚度t比值较大（R／t〉250）的扁球壳与刚性板的撞击试验，分析了此类球壳结构的动态响应和吸能特性。以能量守恒为基础，结合大变形薄壳理论和塑性铰方法，建立了撞击力与变形关系、撞击初速度与最大压缩位移的理论分析模型。通过理论计算和试验结果的对比，验证了理论分析模型的正确性，可以满足工程分析的需要。     

基于SPH方法的叶片鸟撞数值模拟研究

基于显式碰撞动力分析软件PAM-CRASH及其提供的SPH方法,建立了鸟撞平板叶片数值分析模型.通过SPH方法、Lagrange方法结果和实验结果三者对比,指出SPH方法比Lagrange方法的数值计算结果更贴近试验结果.还应用SPH方法,研究了圆柱体、两端带半球的圆柱体、椭球体三种不同几何构型的鸟体对计算结果的影响.最后,计算了实验条件下易出现损伤的叶片根部不同时刻的应变分布及应力分布.     

小型汽车撞击后框架柱剩余承载力的数值研究

建筑结构局部构件遭受撞击后的承载力损失可能引发整体结构系统的连续倒塌。为分析小型车辆撞击下多层框架柱轴向剩余承载力的影响因素,该文按照轴压承载力相等的原则,设计了3类柱:钢筋混凝土(RC)方柱、方钢管混凝土(CFST)柱和方钢(ST)柱,并基于非线性有限元软件对4种因素(车速、撞击角度、轴压比和柱类型)的影响进行了参数分析。分析结果表明:速度越大,柱损伤越大,柱剩余承载力越低;柱在斜向45°撞击时比0°正撞下剩余承载力更大;轴压比对剩余承载力的影响取决于柱截面类型;RC柱的剩余承载力最大,CFST柱和ST柱剩余承载力较大且差异不明显。     

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。     

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。     

运输包装件—性能试验大纲的编制方法解析

本文介绍了对于运输包装件基本性能测试大纲编制的基本原则和方法,详细论述了制定大纲过程中需要考虑的因素以及相关试验参数选取的基本原则。主要目的是为了让产品的企业和包装设计人员能够准确、科学地制定运输包装件性能的试验大纲。     

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。     

梁式转换层有限元分析模型的选取

针对应用最多的梁式转换层中转换大梁的内力计算需要采用有限元方法进行分析的特点，本文探讨了有限元分析模型选取中几种影响因素，给出了选取的主要原则     

高压共轨燃油喷射系统结构参数影响的仿真研究

建立了高压共轨燃油喷射系统的模块化数学模型，进行了仿真分析，讨论了主要部件如高压油泵、高压油轨及喷油器的重要结构参数对系统特性的影响，确定了保证系统稳定性的结构参数选取原则．     

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。