航空发动机吸鸟适航验证关键参数分析方法

发展了一种确定航空发动机风扇叶片吸鸟适航验证用关键参数的分析方法。首先分析关键参数,提出用综合关键撞击参数SCIP评估鸟撞击叶片损伤效果及确定试验用关键吸鸟参数CIP的方法,建立SPH法鸟撞旋转风扇叶片有限元模型,进行鸟撞击数值模拟,分析鸟速、风扇转速、撞击位置等参数对鸟撞击数值模拟结果的影响,得出各个状态下综合损伤参数。结果表明,在CIP=F(72 m/s,70%,100%)试验条件下,鸟撞击叶片的综合损伤最为严重,并据此确定一组吸鸟适航验证用关键吸鸟参数。     

TC4钛合金板抗高强杆弹正撞击侵彻特性实验研究

为了研究高速撞击下TC4钛合金平板的损伤行为及弹头形状对其抗侵彻性能的影响,利用轻气炮加速装置,对10 mm厚钛合金平板进行了杆弹正撞击侵彻实验,得到了两种弹体撞击下靶板的弹道极限和损伤形貌,并结合微观观察对靶板的损伤特性和机理进行了分析.结果表明10 mm厚度TC4靶板,平头弹和卵形弹撞击后的破坏形式有明显的不同,且对卵形弹的抗弹性明显优于对平头弹.卵形弹撞击后靶板损伤为正面开孔,背面剥落,破坏模式为花瓣型破坏.平头弹撞击后靶板为剪切冲塞型破坏,且弹孔边缘整齐,内壁光滑.此外使用扫描电子显微镜观察到了平头弹侵彻靶板时产生的绝热剪切带,绝热剪切带的产生意味着靶板防护能力大大降低.     

复合材料纤维叠层织物弹道侵彻数值分析

采用非线性动态显式有限元分析软件ANSYS 10.0/LS-DYNA,模拟了弹头侵彻纤维叠层织物的过程,得到了子弹速度历时图、子弹动能损失历时图、靶板应力历时图、靶板冲击变形演化图等.采用罚函数方法,重点分析了在中高速弹头侵彻过程中,织物的变形演化过程和破坏形式以及织物中应力的发生及传播过程,并进一步分析不同的弹头形状、不同的子弹速度及不同叠层层数,对织物的抗弹性能的影响,验证了复合材料抗弹性能的速度效应.研究对复合材料弹靶科研试验,生产验收,质量评定等有重要参考价值.     

典型金属加筋板鸟撞实验研究

以典型金属加筋板为鸟撞实验研究对象,采用数字图像相关法的非接触测试方法实现鸟撞区域测试点三维位移信息的测量,与传统的接触式测试方法相比,测试精度和可靠性得到了提高。并通过分析高速摄像结果,得到数值模拟中鸟体应采用的描述流体行为的本构模型。最后通过对比不同撞击点的实验结果,确定了典型加筋板的鸟撞危险点,验证了加筋板不同的蒙皮-筋条间连接强度对结构抗鸟撞性能的影响。     

一种异形弹撞击2A12铝合金薄靶的数值研究

利用有限元软件ABAQUS建立仿真模型,构造了一种异形弹撞击2mm厚度2A12铝合金靶体,获得靶体结构剩余速度和弹道极限速度,得到靶体撞击后的损伤情况。根据仿真结果,分析异形弹的扩孔比和前探比对靶板失效模式以及抗侵彻性能的影响。研究结果表明,弹体的弹道极限会随着扩孔比的增加而越低,同时对弹靶撞击的物理过程和损伤形式进行分析发现,靶体失效模式也会受到弹体的扩孔比和前探比的影响,不同扩孔比的靶体受撞击后会出现不同的裂纹扩展和碎片分布。     

一种机翼前缘抗鸟撞结构设计与分析

针对某型民机机冀前缘抗鸟撞设计,提出一种内嵌铝合金科支板的抗鸟撞结构.采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,在不同鸟撞速度下,分析了斜支板角度、蒙皮与支板的连接方式对机翼前缘抗鸟撞性能的影响.分析结果表明:在不显著增加结构重量的情况下,采用30°单斜板结构可有效提高机翼前缘抗鸟撞特性.     

不同构型梁-缘结构抗鸟撞性能分析

在传统梁-缘结构的基础上,结合前缘的结构形态及其功能型要求,提出了两种斜板保护形式的梁-缘结构。利用三维有限元模型对质量相等的不同构型梁-缘结构进行了鸟撞数值分析。通过比较鸟撞后结构关键部位各时刻的应变、位移等发现:斜板保护形式的梁-缘结构表现出良好的抗鸟撞性能。数值模拟结果为今后设计新构型抗鸟撞击结构部件提供了参考依据。     

鸟撞导致铆钉失效的试验研究

随着抗鸟撞结构研制过程中越来越依赖鸟撞数值仿真结果,仿真结果的正确性至关重要。通过鸟撞数值仿真结果设计试验中所选择的铝合金板厚度、铆钉直径、鸟撞速度等参数,进行铝合金薄板的鸟撞试验。试验结果表明,铆钉断裂是鸟撞中结构的失效形式之一,在仿真中应当予以考虑。     

航空发动机基于爆炸冲击波防鸟撞理论的探索性研究

根据航空发动机的工作性能及其结构特点,提出了利用爆炸冲击波防鸟撞的设计思路,推导了爆炸冲击波的基本理论及数学模型,计算了爆炸冲击波对航空发动机稳定性的影响,并分析和验证了利用爆炸冲击波防鸟撞设计思路的可行性。     

弹体撞击角度对TC4薄板抗半球形弹冲击性能影响

为研究TC4钛合金薄板在弹体以不同角度撞击下的抗冲击性能,利用轻气炮系统进行半球形弹高速正撞击TC4钛合金薄板的试验研究,得到了 TC4钛合金的损伤模式和弹道极限速度.基于试验工况,利用Abaqus仿真软件进行仿真模型和材料参数的有效性验证,并进一步分析弹体撞击角度对TC4钛合金抗冲击性能的影响.研究结果表明:TC4钛合金薄板受半球形弹正撞击后,主要发生由拉剪和延性扩孔造成的花瓣形失效;TC4钛合金薄板存在一个最易穿透角,在这个倾角下,弹体最易穿透靶板;靶板的抗冲击性能与靶板的失效模式密切相关,TC4钛合金薄板在半球形弹以不同角度撞击下具有不同的失效模式.     

刀具结构对CFRP/Al制孔分层损伤影响的仿真研究

建立了不同结构刀具钻削CFRP/Al叠层板的有限元仿真模型,应用有限元仿真软件ABAQUS对CFRP/Al叠层板制孔过程中CFRP层间分层损伤特征及原因进行了仿真研究,并进一步分析了刀具结构对CFRP层间分层损伤的影响。研究结果表明:CFRP层间分层损伤形貌为椭圆型,椭圆长轴所在方向和纤维方向一致;套料钻制孔的CFRP层间分层损伤在相同层间位置比PCD麻花钻小得多。     

民用飞机液压系统防鸟撞适航符合性评估

该文给出一般民用飞机机载系统防鸟撞评估方法,并通过对CAAC第25.631条鸟撞损伤的解读,结合民用飞机上典型液压管路布局,对鸟撞可能造成的影响区域进行评估,并给出满足适航要求的设计方法。     

残余应力对装甲钢板抗弹性能影响的有限元模拟

建立了普通钢芯子弹射击4.6 mm厚装甲钢靶板有限元模型,将试验测得的沿板厚方向分布的残余应力赋值于有限元模型,研究了靶板初始残余应力对其抗弹性能的影响,并用试验结果对模拟结果进行了验证。结果表明：有初始残余应力靶板背凸高度和弹坑深度的模拟结果与试验结果相符,相对误差分别仅为2.0%和4.8%,证明模型准确;与无初始残余应力靶板相比,施加初始残余压应力后靶板的背凸高度和弹坑深度均减小,说明其抗弹性能提高;随着施加残余压应力的增大,靶板抗弹性能呈现出略微提升的趋势,但提升幅度很小。     

基于SPH-FEM耦合算法的脉冲射流冲击特性分析

基于光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)耦合有限元法(Finite Element Method,FEM),利用LS-DYNA对脉冲射流辅助支撑工件过程进行数值模拟,研究了脉冲射流冲击力和径向流特性,对比了不同头部结构和冲击角度对射流冲击力的影响,分析了射流冲击下工件的损伤。结果表明:射流头部与靶板的接触面积越小,水锤阶段的冲击力也越小;冲击角度减小时,垂直于靶板方向上的冲击力分量大幅度减小,水平方向上的冲击力分量小幅度增大,射流冲击力不能根据正交分解法求解;虽然径向流速度较大,但由于径向流分布稀疏不均,其冲击靶板的力只有射流自身冲击力的1/3,一般情况下不足以损伤工件材料。     

Ti/CFRP/Ti夹层结构高速冲击数值模拟研究

以新型的Ti/CFRP/Ti(钛合金/碳纤维复合材料/钛合金)夹层结构材料为研究对象,基于Hashin准则和Johnson-Cook材料模型,采用有限元计算方法,建立了Ti/CFRP/Ti夹层结构的高速冲击损伤模型,讨论了冲击速度、芯层复合材料的铺层、前置钛板与后置钛板的厚度配置等因素对冲击响应的影响。结果表明:靶板吸能值随弹速增加而增大直至趋于稳定,结构的损伤与芯层复合材料铺层相关性较小,此外在面密度不变的前提下增加前置钛板的厚度降低后置钛板的厚度可以提高Ti/CFRP/Ti夹层结构吸能效果。     

钢球侵彻Ti-6Al-4V靶板的数值分析研究

为了研究不同结构的Ti-6Al-4V靶板的抗弹性能，通过非线性动力学软件AUTODYN对不同直径的钢球侵彻不同结构的Ti-6Al-4V靶板进行了数值仿真，验证了材料模型的可靠性，计算出了不同直径钢球对半无限靶版的极限穿透深度和间隔靶板在不同间隔下的弹道极限速度，为钛合金在军事上的应用提供一定的参考。     

基于SPH算法的驾驶室底部结构对爆炸冲击波响应数值仿真

针对地雷等简易爆炸装置在车辆驾驶室底部非接触爆炸问题,引入无网格光滑粒子流体动力学(Smoothed particle hydrodynamics,SPH)算法模拟爆炸冲击波作用下车辆底部结构的响应。以四边约束靶板为研究对象,分析靶板在爆炸冲击下的能量、应力变化和破坏形态,通过与传统的任意拉格朗日欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)固流耦合分析法和经验公式计算结果对比,验证SPH算法应用于处理此类问题的可行性;利用SPH算法对爆炸冲击波作用下驾驶室底部结构进行数值仿真,分析车辆底部的油箱、电瓶支架、驾驶室地板、车架等关键结构的冲击响应,并与试验做出对比验证。仿真结果表明,基于SPH算法的爆炸仿真分析具有精度较高、建模简单、耗费计算资源少等优势,能够应用于爆炸冲击波作用下驾驶室底部板壳结构的响应研究,并为驾驶室底部结构抗爆炸设计提供参考。     

靶板强度对射孔弹穿深影响的有限元仿真

随着石油工程技术的进步,完钻井深不断增加,储层岩石压实度和强度也不断增加,需采用大装药量射孔弹才能射穿污染带,高强弹-超强靶组合将增加侵彻分析的难度.应用LS-DYNA软件,结合ALE算法,以某油田井下射孔为例,建立HS35-5型射弹—枪—液—套管—混凝土靶三维模型,对射孔弹起爆过程进行数值模拟.通过优化不同接触面间的网格协调,减少数值畸变,提高分析精度;通过建立1/4射孔弹模型,调整关键部位网格密度,减少网格数量,降低机时.研究表明,70 MPa混凝土靶射孔弹侵彻深度为670 mm;90 MPa混凝土靶射孔弹侵彻深度为640 mm;110 MPa混凝土靶射孔弹侵彻深度为603 mm.随着靶板强度的增加,射孔弹侵彻深度逐渐降低.该研究可为井下射孔弹侵彻超强靶的仿真分析提供参考.     

基于改进BP神经网络的鸟体材料参数反演

针对鸟撞飞机结构耦合解法中鸟体建模问题所遇到的困难,基于神经网络理论,建立了用于鸟体材料参数反演的改进BP神经网络模型。利用此模型和鸟撞平板实验测量值,以有限元分析的响应数据训练网络,实现了对鸟体材料参数的反演。由鸟体材料参数反演值计算得到的数值结果和实验结果吻合较好,说明基于神经网络的参数反演方法适用于解决鸟体材料参数反演问题,该方法为进一步提高鸟撞有限元数值模拟耦合解法的精度提供了有力的保证。     

超高速弹丸连续侵彻靶板仿真研究

试验验证超高速弹丸连续侵彻靶板时的侵彻效果代价过大,数值模拟预测提供了新的解决途径.建立了超高速弹丸与连续靶板模型,利用ABAQUS软件,结合Mie-Grüneisen状态方程、Johnson-Cook本构方程和Johnson-Cook断裂准则,对钨合金弹丸2km/s初速下连续侵彻钢质靶板进行仿真研究.超高速弹丸可连续侵彻6层厚度为30mm的靶板,相邻靶板受到了弹丸与飞溅单元的共同冲击,最后2块靶板主要受到飞溅单元的冲击.超高速弹丸每穿透一层靶板,头部及弹体表层发生着侵蚀变化、能量损失与速度变化.充塞穿甲是超高速动能弹的典型穿甲形式,穿甲威力大.数值模拟有助于认识超高速弹丸连续侵彻靶板的过程.