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。     

橡胶隔振器动态特性的本构研究

以FS-2-80橡胶隔振器为研究对象,进行了动态特性的试验研究和本构研究。试验研究得到了隔振器力-位移迟滞曲线。采用M-RT本构模型对隔振器进行了本构行为研究,考虑了频率、动态位移幅值的影响,通过与实验结果的比较分析,表明该模型能较好地描述该隔振器的动态本构行为。基于M-RT模型,分析得到了动刚度、动态阻尼与幅值、频率之间的关系,说明隔振器在低幅值下动态特性具有非线性。     

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。     

基于欧拉—拉格朗日方法的复合材料机翼前缘鸟撞模拟

复合材料大面积用于飞机结构后,其鸟撞问题变得更加突出。利用大型通用有限元程序ABAQUS,采用耦合欧拉—拉格朗日方法（CEL）对某型无人机复合材料机翼前缘的鸟撞问题进行模拟,研究了鸟体速度、密度和蒙皮铺层形式等对鸟撞动响应的影响,计算了机翼前缘填充泡沫后的鸟撞损伤,对复合材料蒙皮的鸟撞破坏机理进行了分析,所得结果对工程设计具有参考意义。     

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。     

准双曲面齿轮箱响应分析及动力优化

综合考虑轮齿啮合变形、轴弯曲变形及轴承支撑刚度,建立准双曲面齿轮传动系统动力接触有限元分析模型,利用LS-DYNA仿真计算轴承的动态支反力;将轴承支反力作为箱体的动态激励,建立准双曲面齿轮箱动力分析模型,利用ANSYS进行动态响应分析,并与试验结果比较。以加速度响应均方根值最小为优化目标,箱体结构参数为设计变量,静态应力、位移及箱体体积为约束条件,建立准双曲面齿轮箱动态响应优化模型,用零阶方法求解,得到箱体最优设计参数。     

复合材料加筋壁板鸟撞动响应分析

考虑复合材料蜂窝夹芯结构的冲击损伤,采用接触碰撞耦合方法研究了复合材料加筋壁板的抗鸟撞性能。鸟撞方式包括垂直冲击和斜冲击两种,复合材料的冲击损伤模型采用Chang-Chang模型,分析了三种鸟撞速度下鸟撞性能参数如复合材料壁板的失效单元数、鸟体剩余动能和筋条的变形,以及复合材料壁板和筋条在某一鸟撞速度下应力随筋条数的变化规律。计算结果表明：垂直冲击和斜冲击下复合材料加筋壁板的抗鸟撞性能不同,并非筋条越多越有利于改善抗鸟撞性能,筋条有时还可能起反作用。     

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。     

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。     

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。     

混凝土圆柱体试件在低速冲击下动力效应的研究

为研究混凝土圆柱体试件在冲击荷载作用下的动力效应,利用落锤冲击试验机,对混凝土圆柱体试件在应变率100~101/s范围内进行轴向冲击试验,并采用混凝土连续面盖帽模型（CSCM）对试验过程进行数值模拟。试验中测量不同冲击速度及冲击边界下的锤头冲击力、试件轴向应变时程曲线,获取了试件破坏形态及破坏过程的高速影像,比较分析了不同冲击速度及边界条件下,试件应力、应变峰值,应变率及动力增强系数（DIF）的变化规律。结果表明：随冲击速度的增加,试件的应力、应变峰值,应变率及动力增强系数都呈增加的趋势,冲击力作用时间则减小。混凝土平均强度与冲击速度呈抛物线关系,应变率则与冲击速度呈线性关系。模拟结果表明,CSCM混凝土本构模型在低速冲击范围内,有很好的计算精度,模拟破坏形态与试验结果吻合良好。     

钢悬链线输流立管顶部浮体激励非线性响应研究

钢悬链线立管在上部附体激励作用下的动力响应在立管的性能化设计中是非常重要的。本文作者考虑钢悬链线立管轴向大应变的特性以及弯曲刚度和内流的影响,利用Hamilton原理和拉格朗日应变理论建立了立管的二维动力学模型。将外部流体的非线性作用力用Morison方程表示,通过Hermite插值函数对动力学方程进行离散,采用平均加速度法求解立管的动力响应。探讨了弯曲刚度的存在、内流流动和外部流体的非线性作用力对立管受浮体激励顺流向动力响应的影响。     

单面碰撞TMD及其桥梁涡激振动控制研究

单面碰撞调谐质量阻尼器(SS-PTMD)是一种新型减振装置,通过惯性力和黏弹性碰撞进行结构减振,针对SS-PTMD动力性能、碰撞力模型与验证、SS-PTMD桥梁节段模型涡振控制等开展了理论与试验研究。根据质量块单边运动受限和碰撞的特点,获得了SS-PTMD的动力特性;开展了钢-黏弹性材料碰撞试验,提出了碰撞力模型,根据试验数据识别了碰撞力模型参数,并验证了碰撞力模型;通过1∶40桥梁节段模型涡激振动风洞试验,发现+7°风攻角下出现了明显的涡激振动,根据简谐力涡激力模型识别了模型气动参数;采用仿真分析评估了SS-PTMD控制桥梁涡激振动的效果,在质量比2%及最大涡振振幅风速条件下的减振效率达到87%;通过风洞试验研究了SS-PTMD涡激振动控制效果,在质量比2%及最大涡振振幅风速条件下的减振效率达到92%;理论分析和试验结果表明,SS-PTMD对桥梁涡激振动具有很好的减振效果。     

阻尼夹芯复合材料加筋板的振动分析与数值模拟

以阻尼夹芯复合材料加筋板为研究对象,依据一阶剪切变形理论(FSDT)和Hamilton原理,推导板和加强筋的应变能、动能表达式,采用变分原理建立控制微分方程,根据相关边界条件和傅里叶级数求解方程。建立了ANSYS阻尼夹芯复合材料加筋板的有限元模型,该模型考虑到阻尼夹芯复合材料加筋板中阻尼材料与纤维预浸料间的结合方式,用模态应变能有限元数值模拟方法研究了结构的动力学性能,并通过对数值模拟结果与理论解的比较,验证了模型的合理性和有效性。探讨了不同的筋条尺寸、不同的筋条数量、不同的筋条分布方式对阻尼夹芯复合材料加筋板动力学性能的影响,得出了阻尼夹芯复合材料加筋板的一阶模态频率和损耗因子随不同参数的变化曲线,其结论为阻尼夹芯复合材料加筋板的优化设计提供参考。     

覆盖层对水下爆炸响应的均匀化方法研究

针对非线性材质多孔覆盖层水下爆炸响应的计算中,耗时多且难度大等问题,提出具有较高计算效率的均匀化方法。建立二维水体、覆盖层、钢板的有效模型,仿真计算作出压力、速度、支反力曲线,验证了等效杨氏模量的有效性。采用均匀化方法研究多孔覆盖层,对比不同孔隙率和冲击因子条件下的有限元计算结果,充分证明了方法的合理性。     

2024-T42铝合金低中应变率力学性能及本构关系

为研究2024-T42铝合金的低中应变率力学性能和本构关系,采用电子万能实验机和高速液压伺服材料实验机,进行常温下2024-T42铝合金准静态、低中应变率拉伸实验,得到材料在不同应变率下的应力-应变曲线。考虑颈缩对真实应力-真实应变的影响,采用仿真反演方法对颈缩后的真实应力-真实应变曲线进行修正,并基于Johnson-Cook本构模型进行拟合。结果表明:2024-T42铝合金在低中应变率范围的率敏感性较弱;但具有较强的应变硬化效应;基于仿真分析的反演修正方法能较好重构材料颈缩点后的真实应力-真实应变曲线;并通过铝管压溃实验和仿真分析,验证了反演修正方法的合理性和所获本构模型参数的准确性。     

基于叠加模型的橡胶元件动态特性分析

基于模型叠加理论,针对橡胶元件的动态特性开展研究。采用时间—步长法,在MATLAB中建立了一维多参数橡胶叠加本构模型。模型由弹性单元、黏弹单元和弹塑单元并联构成。黏弹单元采用Able黏壶,用于表征橡胶元件的频率依赖性;弹塑单元采用多线性理想弹塑模型,用于表征橡胶元件的振幅依赖性。对比测试结果表明:在计算谐波激励下橡胶弹簧的受力时,力—位移迟滞曲线的计算结果与测试数据能很好地吻合,刚度频率振幅依赖性和阻尼频率依赖性能被较好的表征。在计算随机激励下橡胶隔振器的受力时,高频激励下的计算结果与测试数据能较好地吻合,低频激励下有一定程度的偏差,但计算精度在工程可接受范围之内。提出的叠加模型能较好的表征橡胶元件的动态特性,能够提高动力学模型的准确性。     

长杆弹侵彻半无限厚土的旋转效应分析

利用刚流撞击模型以及土壤介质变形沿合力方向假设,建立了微元合力与介质移动速度之间的关系。在此基础上,建立了长杆弹侵彻土壤时考虑旋转效应的动力学方程。由这些非线性动力学方程的数值解,确定了撞击力和侵入位移。计算结果表明,随着初始角速度的增大,侵入位移的幅值明显增大。     

基于刚柔耦合建模的齿轮箱动力学仿真与实验研究

运用LMS Virtual.Lab建立了齿轮传动系统多刚体模型,通过仿真计算获得了齿轮副的时变啮合刚度,并与运用有限元法仿真计算得到的齿轮副时变啮合刚度进行了对比。考虑齿轮箱体柔性化,通过对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析,在获取箱体Craig-Bampton模态的基础上,建立了箱体-轴承-齿轮耦合动力学模型。计算获取了齿轮副动态啮合力、齿轮箱体表面振动响应云图以及关键点的振动加速度、速度和位移,并开展了台架试验和验证分析。结果表明,运用刚柔耦合法仿真得到的齿轮啮合力以及齿轮箱体动态响应,其能量主要集中在齿轮啮合频率及其倍频处,运用刚柔耦合法仿真结果与实验结果在振动加速度以及振动位移方面有良好的一致性,验证了齿轮系统刚柔耦合模型的正确性。