钛合金风扇叶片抗鸟撞动态力学响应仿真

随着飞机速度提高,鸟撞击航空发动机风扇叶片造成的问题日益严重。为了量化研究风扇叶片转子的抗鸟撞特性,该文构建了某航空发动机风扇转子全模型,通过概率公式确定了鸟体的最大概率撞击位置。在该基础上,采用LS-DYNA有限元软件对1.8 kg圆柱体人工鸟体以100 m/s相对速度撞击风扇转子叶片过程进行动态力学响应仿真研究。仿真结果表明,在鸟体撞击过程中,叶片最大轴向正向位移为85 mm。叶片前缘因切割高速鸟体而受最大的等效应力,最高为2 300 MPa。此外,在鸟体撞击叶片过程中,鸟体被转子叶片均匀切割成3块后打散。     

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.     

飞机平板鸟撞试验件参数影响研究

本文利用pam—clash软件，通过对41b鸟撞击平板进行对比分析，对试验件参数影响进行研究。确定了试验件参数（如试验区大小、夹持方式）的选取原则。根据试验件参数选取原则建立了试验件分析模型，对鸟体撞击角度为90°和25°两种构型进行了分析，确定了每种构型3类试验件的厚度及对应撞击速度。用以后续全面验证分析模型。     

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。     

2024-T3铝合金动力学实验及其平板鸟撞动态响应分析

通过电子万能试验机和分离式霍普金森拉杆（SHTB）拉伸试验分别获得2024-T3铝合金材料准静态和高应变率两种应变率下的应力-应变曲线。铝合金材料的本构关系由能够反映材料硬化效应和应变率强化效应的Johnson-Cook材料模型描述,方程中的4个参数通过不同应变率下的应力-应变曲线拟合得到。基于瞬态动力学软件PAM-CRASH,结合材料动态力学性能试验所获得的2024-T3铝合金Johnson-Cook模型方程,耦合光滑粒子流体动力学（SPH）方法和有限元（FE）方法建立2024-T3铝合金平板的鸟撞数值模型,数值计算所得动态响应与鸟撞试验结果吻合较好,表明建立的鸟撞数值计算模型是合理、可靠的,整个分析流程从材料动态力学性能试验、鸟撞数值计算到最终的鸟撞试验验证为飞机结构的抗鸟撞设计与分析提供了有力的参考。     

叶片相互作用对机匣/叶片包容过程的影响

为了解完整叶片与离心飞断叶片之间的相互作用对机匣/叶片包容性过程的影响,结合试验和数值仿真进行研究是十分必要的。该文以某型航空发动机一级风扇为例,通过建立网格精细的有限元模型、选择恰当的材料模型及合理的撞击动力仿真计算参数,得到与试验吻合较好的数值仿真结果。结果表明:断叶旋转方向后侧的旋转叶片通过撞击推动断叶继续向前运动,补充了断叶的能量,对包容过程的第二次撞击有较大影响,导致机匣的包容能力降低。     

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。     

变弯度机翼前缘结构抗鸟撞仿真与试验验证

与常规机翼不同,变弯度机翼抗鸟撞装置在设计时需要考虑变弯度机翼的机构运动路线,在保证不影响机翼机构正常功能的前提下进行设计,因此也大大增加了抗鸟撞装置设计的难点。通过试验与仿真相结合的方法,对不同构型楔形结构的抗鸟撞性能进行研究,得到了最合理、有效的抗鸟撞结构;根据鸟撞仿真分析结果,结合机翼机构运动路线,确定了抗鸟撞装置的设计思路,同时设计并制造了三角加弧形结构抗鸟撞装置,并对其进行了试验验证与仿真分析。结果表明,三角加弧形结构能有效预防变弯度机翼在受到鸟撞后发生破坏,为变弯度机翼抗鸟撞结构的设计提供参考。     

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...     

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。     

汽车发动机风扇叶片的逆向造型与分析

以汽车发动机风扇为研究对象,采用ATOS光学测量系统对风扇表面数字化得到其三角网格模型,利用三角网格数据预处理技术、过渡曲面特征提取方法、三维重构及实体造型原理对叶片进行逆向造型,并对重构的模型进行光顺性和精度校检。获得符合设计要求的叶片实体模型。     

某型发动机风扇叶片的损伤预测与振动分析

为了延长某型发动机风扇叶片的使用寿命,其关键在于如何准确地预测产生疲劳损伤的位置以及发动机工作时可能存在的共振状态,并针对性地采取相应措施。针对这一难点,应用Ansys软件建立叶片模型,并由模态分析测试验证其合理性,在此基础上建立叶片轮盘系统模型,对系统进行静力分析和有预应力的模态分析,成功地预测了叶片产生疲劳损伤的具体位置及系统共振时的形式、临界转速及频率。结果表明:叶片轮盘系统在不同离心转速载荷下等效应力分布方式相近,无明显变化规律,且叶片产生疲劳损伤的位置均为与叶高方向垂直的耳环处,及耳环与橼板的转接处;叶片轮盘系统不可能出现高频激振力引起的共振,可能会发生低频激振力引起的共振情况,且其形式为1阶弯曲振动,转速为8 425.51 r/min,频率为567.29 Hz。     

飞机尾翼前缘结构鸟撞仿真与改进设计

基于疏散鸟体动能的防鸟撞策略,以提高结构刚度和抑制变形为目标,采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法对现有飞机尾翼前缘结构鸟撞过程进行了数值研究。根据模拟结果,通过增加单向斜支板结构和采用纤维/金属复合材料,实现了从结构和材料两个方面对尾翼前缘结构进行改进设计。结果表明,前缘增加的单向斜支板结构可以通过疏散鸟体动能来降低鸟撞冲击对尾翼内部结构的破坏,而采用纤维金属复合材料则减轻了前缘曲翼约10%的质量,且提高了整体刚度,并使结构在鸟撞过程中最大变形降低到原始构型的25%。通过分析不同铺层方式下材料的破坏模式和吸能效果,发现合理的铺层设计可显著提高尾翼前缘结构的抗鸟撞性能。     

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...     

汽车冷却风扇叶片仿生设计与降噪分析

为了减少汽车冷却风扇产生的噪声,模仿猫头鹰翅膀的条纹状突起结构和翅膀前缘的锯齿状结构,对风扇叶片进行仿生学设计。通过正交实验设计确定9种风扇叶片的设计方案,对9种叶片方案进行计算流体动力学仿真分析,仿真结果表明,经仿生设计后的大部分叶片都起到降噪的效果。将由3D打印所得的叶片模型安装在原有的风扇叶片上进行噪声实验,对实验结果进行极差分析,研究各设计参数对风扇降噪效果的影响。通过极差分析得出,对降噪效果影响最大的因素是叶片条纹半径,其次是条纹所在圆弧间距离,然后是齿槽半径,最后是齿槽所在圆弧间距离。该研究对于汽车冷却风扇的降噪设计具有一定的参考价值。     

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。     

叶片受软体和硬体外物撞击的损伤分析

针对发动机叶片常遭受外物的撞击损伤,不同材料的外物的撞击损伤存在着差别。从能量守恒和基本水动力学的角度分析了软体和硬体撞击叶片时的不同的撞击载荷模型。通过在LS-DYNA中就软体（以明胶为例）和硬体（以砂石为例）外物对叶片的撞击损伤过程进行了数值仿真分析。结果表明：在相同的初始撞击能量、相同的撞击速度及相同的撞击入射角度下,砂石撞击叶片时的撞击接触力幅值较大,但持续时间较明胶撞击时的要短,在撞击瞬间砂石和叶片获得最大的应变能。撞击过程中,由于明胶发生了流变,其对叶片产生的局部损伤比砂石要小。     

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。     

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。     

多层隔热材料对填充式结构高速撞击损伤影响的实验研究

在填充式结构中加入多层隔热材料(MLI),利用二级轻气炮发射铝球弹丸在真空环境下对其进行高速撞击实验,获得了MLI位于不同位置时的防护结构损伤模式,研究MLI对填充式结构高速撞击损伤与防护特性的影响。结果表明:当MLI位于首层薄铝板前侧时,薄铝板穿孔尺寸增大,首层薄铝板耗散弹丸撞击动能的能力增强,有助于填充式结构高速撞击防护性能提高;当MLI位于首层薄铝板后侧时,弹丸击穿薄铝板后次生碎片云团的膨胀扩散受到抑制,不利于填充式结构高速撞击防护性能提高;在相同撞击条件下,当MLI位于填充层前侧时,填充层中心穿孔尺寸增大,当MLI位于舱壁前侧时,舱壁弹坑分布范围减小。