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复合材料风扇叶片鸟撞损伤的精细化分析方法

航空发动机 2022年第2期48卷 25-32页

作者：宋长远唐旭陈大玮陈勇上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 燃气轮机与民用航空发动机教育部工程研究中心上海200240

为了研究复合材料风扇叶片鸟撞损伤机理并指导研发设计,提出一种鸟撞复合材料风扇叶片的精细化分析方法。建立了包含铺层信息的复合材料风扇叶片精细化有限元模型,进行中鸟撞击工况的数值计算,基于ANSYS-Workbench软件的自动化脚本和MAT... 详细信息

为了研究复合材料风扇叶片鸟撞损伤机理并指导研发设计,提出一种鸟撞复合材料风扇叶片的精细化分析方法。建立了包含铺层信息的复合材料风扇叶片精细化有限元模型,进行中鸟撞击工况的数值计算,基于ANSYS-Workbench软件的自动化脚本和MATLAB程序提取铺层有限元结果数据进行失效分析,通过Tecplot实现结果的可视化并结合叶片冲击响应进行叶片损伤分析。结果表明:叶片的冲击响应除周向弯曲、轴向弯曲、扭转以外,在伸根段以上部分还包含高阶模态成分;叶片内部失效明显,叶片外表可见损伤较少;在伸根段和榫头内部50%弦长位置出现明显分层,发生基体开裂的铺层较多;相同角度铺层的纤维失效和基体失效位置及演化规律相似,少量铺层在高阶模态影响下,在特殊位置失效;±45°铺层在伸根段前缘附近出现显著纤维拉伸失效,该位置为叶片的鸟撞薄弱点。

关键词：复合材料风扇叶片鸟撞有限元冲击响应失效分析航空发动机

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鸟撞飞机风挡的一体化数值模拟技术

振动与冲击 2007年第5期26卷 107-111页

作者：王富生岳珠峰冯震宙王新军西北工业大学力学与土木建筑学院西安710072

鸟体本构模型及其参数的确定是影响鸟撞飞机风挡数值模拟结果的重要因素,也是一直困扰大家的难题。为提高模拟结果的准确性,将鸟体模型识别和数值模拟相结合,提出鸟撞飞机风挡数值模拟的一体化技术。重点阐述鸟体本构模型及其参数的优... 详细信息

鸟体本构模型及其参数的确定是影响鸟撞飞机风挡数值模拟结果的重要因素,也是一直困扰大家的难题。为提高模拟结果的准确性,将鸟体模型识别和数值模拟相结合,提出鸟撞飞机风挡数值模拟的一体化技术。重点阐述鸟体本构模型及其参数的优化反演方法,并结合计算实例给出该技术的分析过程。这些工作进一步完善了鸟撞有限元数值模拟的耦合解法理论,对飞机结构的抗鸟撞研究具有一定的参考价值。

关键词：鸟撞本构模型优化反演方法数值模拟飞机风挡铝板

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鸟撞作用下的叶片丢失及包容数值模拟

航空动力学报 2008年第12期23卷 2208-2213页

作者：蒋向华王延荣桂幸民北京航空航天大学能源与动力工程学院航空发动机数值仿真研究中心北京100191

利用MSC软件,建立了鸟撞航空发动机叶片转子级的有限元模型,采用流固耦合及接触算法,分析了鸟撞导致叶片破裂丢失以及机匣包容的过程,模拟了机匣结构特性差异及其影响.计算结果表明,质量(动能)较大的整片叶片丢失容易击穿机匣,并可能引... 详细信息

利用MSC软件,建立了鸟撞航空发动机叶片转子级的有限元模型,采用流固耦合及接触算法,分析了鸟撞导致叶片破裂丢失以及机匣包容的过程,模拟了机匣结构特性差异及其影响.计算结果表明,质量(动能)较大的整片叶片丢失容易击穿机匣,并可能引起新的叶片丢失及包容性问题(二次损伤);而部分叶片断裂丢失的影响较小,一般不会击穿机匣,也难以引发二次损伤.整个过程复杂多变,运动、变形、破坏及能量交换等多因素并存.

关键词：鸟撞包容流固耦合

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鸟撞飞机风挡非线性数值分析

南京航空航天大学学报 2011年第6期43卷 738-743页

作者：朱书华王跃全郭亮张立圣童明波南京航空航天大学航空宇航学院南京210016 江西洪都航空工业集团有限责任公司南昌330024

采用非线性有限元法,基于ABAQUS/Explicit软件平台及内嵌的材料用户定义子程序(VUMAT),建立了鸟撞飞机风挡的力学分析模型。比较了有限元模型中玻璃骨架、弧框和橡胶垫片对风挡动响应分析结果的影响,并与全尺寸风挡鸟撞试验数据进行了... 详细信息

采用非线性有限元法,基于ABAQUS/Explicit软件平台及内嵌的材料用户定义子程序(VUMAT),建立了鸟撞飞机风挡的力学分析模型。比较了有限元模型中玻璃骨架、弧框和橡胶垫片对风挡动响应分析结果的影响,并与全尺寸风挡鸟撞试验数据进行了对比。对比结果表明,考虑了玻璃骨架、弧框和橡胶垫片的有限元模型所计算得到的位移、应变曲线与试验实测曲线的一致性有了改善。最后,探讨了玻璃骨架、橡胶垫片的厚度和弹性模量对风挡抗鸟撞能力的影响规律,为风挡的抗鸟撞设计及改型提供参考。

关键词：鸟撞风挡抗鸟撞设计有限元模型

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鸟撞45#钢平板动响应试验研究

振动与冲击 2013年第4期32卷 15-20页

作者：刘军李玉龙郭伟国藏曙光西北工业大学航空学院航空结构工程系西安710072 中国建筑材料科学研究院北京200125

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... 详细信息

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。

关键词：鸟撞 45#钢高速摄像试验研究

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

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振动与冲击 2021年第12期40卷 124-131页

作者：郭鹏刘志远张桂昌 Reza Hedayati 张俊红天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室天津300384 天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室天津300350 中国民航大学航空工程学院天津300300 代尔夫特理工大学航空航天工程学院荷兰代尔夫特2600AA

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... 详细信息

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。

关键词：鸟撞撞击姿态撞击位置撞击响应风扇叶片

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飞机尾翼前缘结构鸟撞仿真与改进设计

工程力学 2022年第6期39卷 236-246页

作者：苏康白瑞祥刘琛位常龙雷振坤工业装备结构分析国家重点实验室运载工程与力学学部大连理工大学大连116024

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... 详细信息

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。

关键词：光滑粒子流体动力学(SPH) 鸟撞改进设计纤维金属复合材料损伤

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鸟撞工况下HCA动态拓扑优化整级叶片的数值模拟

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推进技术 2019年第2期40卷 431-440页

作者：张一雨郑百林吴一帆张锴同济大学航空航天与力学学院上海200092

航空领域中飞机发动机在满足抗鸟撞性能的前提下,实现轻量化是关键问题之一。针对航空发动机冷端风扇叶片,基于HCA算法的动态拓扑优化方法对叶片实现进一步减重,为了验证该动态优化方法的有效性,建立了鸟撞航空发动机整级叶片冲击动力... 详细信息

航空领域中飞机发动机在满足抗鸟撞性能的前提下,实现轻量化是关键问题之一。针对航空发动机冷端风扇叶片,基于HCA算法的动态拓扑优化方法对叶片实现进一步减重,为了验证该动态优化方法的有效性,建立了鸟撞航空发动机整级叶片冲击动力学有限元模型,模拟受气动与离心载荷作用下高速稳定旋转的发动机风扇叶片遭受鸟体撞击的瞬态响应过程。基于LS-DYNA软件平台,对考虑了鸟撞的多工况、多约束条件下叶片的动态优化结果与优化前叶片的多项动态响应指标进行了对比分析,证明了HCA动态拓扑优化方法比传统叶片轻量化方法更为优秀,在满足适航条例强度要求的同时可使叶片减重比达到37.9%,论证了在叶片轻量化设计上基于HCA算法的动态拓扑优化方法的可行性与优越性。

关键词：风扇叶片鸟撞瞬态响应动态拓扑优化

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某夹芯结构抗鸟撞分析与设计

航空学报 2012年第1期33卷 68-76页

作者：石霄鹏李玉龙刘军王意王冰陈鲁峰孙薇薇西北工业大学航空学院陕西西安710072 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院上海200232

为了对某飞机中的挡板结构进行优化设计,以PAM-CRASH显式有限元分析软件作为平台,对某飞机中的蜂窝夹芯挡板结构地面抗鸟撞试验过程进行了数值仿真分析,并将挡板结构破坏失效的数值模拟结果与试验结果进行了对比,二者的一致性表明了抗... 详细信息

为了对某飞机中的挡板结构进行优化设计,以PAM-CRASH显式有限元分析软件作为平台,对某飞机中的蜂窝夹芯挡板结构地面抗鸟撞试验过程进行了数值仿真分析,并将挡板结构破坏失效的数值模拟结果与试验结果进行了对比,二者的一致性表明了抗鸟撞计算方法的合理性。在此基础上对原挡板结构设计进行改进,并利用鸟撞计算方法考核其抗鸟撞性能。最后,对改进结构进行了地面鸟撞试验。试验结果表明改进结构能够满足抗鸟撞设计要求,表明了设计方法的合理性,为飞机结构抗鸟撞设计提供了一定的技术支持。

关键词：鸟撞 PAM-CRASH 鸟撞试验数值模拟蜂窝夹芯结构