机翼前缘结构抗鸟撞分析研究

鸟撞是飞机在飞行中遇到的重要危害之一,同时也是一种突发性和多发性的飞行事故,造成了重大的经济损失和人员伤亡。因此,抗鸟撞设计成为飞机设计中必须考虑的要素之一。以机翼前缘缝翼结构为研究对象,通过大型非线性有限元分析软件PAM—CRASH,开展了飞机结构的抗鸟撞仿真设计研究。分析过程考虑了材料的非线性和结构的大变形特性;鸟体在高速撞击下采用SPH方法模拟。通过分析整个结构鸟撞的损伤失效过程,以及各部件能量耗散机理,明确机翼前缘缝翼结构各个部件在抗鸟撞设计中的作用,这些对于我国的大型飞机抗鸟撞设计将有参考价值。     

航空发动机风扇叶片冲击加强轻量化设计

以提高风扇叶片抗冲击性能为目标,以空心率为约束条件,进行风扇叶片创新构型设计优化,并通过试验件加工和性能评估,验证所设计方案的合理性.建立了瞬态冲击载荷静力学等效方法,获取了风扇叶片在工作状态下能够有效抵抗鸟撞冲击载荷的最优质量分布.基于优化结果,建立了低质量、高抗冲击性能的风扇叶片几何构型.通过3D打印风扇叶片优化构型试验件,进行加工工艺可行性和优化构型试验件的力学性能评估,验证了优化设计方案的工艺可实现性、静力性能和抗鸟撞性能.结果表明:上述优化方法的建立能够为航空发动机空心风扇叶片设计提供可行的技术手段,使得叶片空心率提高到45%以上,并显著提升叶片抗冲击性能.     

采用流固耦合方法的直升机桨叶鸟撞数值模拟

在鸟撞直升机桨叶过程中,鸟体与桨叶撞击相对速度很大,呈现出流体特性,属于典型的流固耦合瞬态冲击动力学问题。首先针对文献中的鸟撞铝板试验采用ALE流固耦合方法进行了分析,对计算方法与鸟体模型进行了验证。然后进行了桨叶鸟撞数值模拟。数值模拟结果表明ALE 方法能够准确模拟鸟撞过程,适用于直升机桨叶鸟撞分析。通过应力、位移以及撞击压力等计算结果的详细分析,对直升机旋翼抗鸟撞设计具有一定的参考价值。     

夹层玻璃结构的抗鸟撞分析

抗鸟撞设计是飞机设计过程中一个复杂、关键的步骤.通过建立SPH-FEM耦合的鸟撞夹层结构数值计算模型,分析由常用的航空透明材料,如无机玻璃、聚氨酯（PU）、聚碳酸酯（PC）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）组合构成的夹层玻璃（板）风挡的鸟撞响应.PU、PC和PMMA的材料参数通过材料各自的准静态、动态试验结果得到.在有限元软件LS-DYNA中计算夹层结构的鸟撞过程,得到夹层结构的破坏失效过程,并分析不同材料组成的夹层结构的抗鸟撞性能.发现由无机玻璃和高分子聚合物组成的夹层结构的抗鸟撞性能最佳.     

ANSYS/LS-DYNA模拟鸟撞飞机风挡的动态响应

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立鸟撞飞机前风挡的三维实体模型,模拟风挡结构抗鸟撞试验的动态响应。模拟结果表明后弧框是鸟撞风挡的最危险部位,并得到该结构风挡抗鸟撞的安全临界速度。模拟结果可为飞机设计提供一定的参考价值。     

鸟撞飞机风挡数值模拟研究

目前,鸟撞是威胁航空安全的重要因素之一,飞机风挡抗鸟撞是飞机安全飞行的重要保证。首先介绍了鸟撞飞机风挡的研究现状,利用LS-DYNA3D对鸟撞飞机风挡进行数值模拟,通过建立飞机全尺寸圆弧风挡模型及鸟体简化模型,计算得到风挡结构的变形、位移、有效应力、可能发生破坏的位置、鸟体水平与垂直方向速度、加速度等数据结果。仿真结果表明,鸟撞飞机风挡是发生在毫秒量级的非线性冲击动力学行为,整个撞击过程约5.6 ms,在T=1.8 ms时刻,风挡承受的有效应力最大,为8.304×10~7Pa,鸟体垂直方向加速度达到1.5228×10~4m/s~2。同时,通过选取风挡三个网格单元,得到位移及有效应力变化历程,综合考虑位移和应变结果可知风挡正中心为受到鸟撞后最危险的部位,利用数值模拟方法进行鸟撞风挡分析,可减小时间成本,提高分析问题工作效率,为飞机风挡鸟撞适航验证提供更有效的方法。     

机翼前缘局部填充泡沫铝抗鸟撞特性

在保证飞机机翼前缘质量特性的前提下,通过一种泡沫铝局部填充机翼前缘的优化结构来提高机翼前缘的抗鸟撞性能。通过LS-DYNA软件分别开展机翼前缘未填充和局部填充泡沫铝材料抗鸟撞分析,研究两者撞击响应、前墙响应和吸能特性的差异性,并基于D80气炮开展鸟撞铝板试验来验证鸟体本构参数的准确性和有效性。研究结果表明:通过减少蒙皮厚度并局部填充泡沫铝的方式能够在优化机翼前缘质量的同时有效地增强机翼前缘的抗冲击强度;机翼前缘局部填充泡沫铝之后前墙面板中心点位移以及等效应力得到有效降低,填充机翼前缘结构比空机翼前缘结构能够更有效地抵御鸟体撞击;在蒙皮和泡沫铝的共同作用下,局部填充泡沫铝的机翼前缘能够比空机翼前缘在相同撞击工况下吸收更多的能量。     

碳纤维织物材料鸟撞动力学分析参数试样级试验与仿真研究

根据复合材料鸟撞适航取证要求,制定了积木式复合材料鸟撞符合性验证方法。完成了一种典型碳纤维织物复试样级试验,对试验数据研究发现碳纤维织物在45°方向吸能约是0°方向的2倍,可供复材结构抗冲击吸能铺层设计使用。以试样级试验数据为基础通过编程处理得到基于Pam-crash软件鸟撞动力学参数,随后完成了拉压剪三种受载方式的仿真计算,计算结果表明分析和试验结果基本一致。因此,基于试样级试验数据处理得到的参数可用于更高级别的鸟撞动力学仿真模拟,供飞机设计使用。     

基于SPH方法鸟撞飞机风挡问题的数值模拟

鸟与飞行中的飞机相撞是飞机结构损坏的重要因素,严重时会引发机毁人亡的灾难性事故。 对高速低空飞行的军用飞机而言,风挡部分抗鸟撞的研究对保证飞行安全尤其重要。本文基于飞 机圆弧风挡受鸟体撞击的实验观察,建立了国产某型军用飞机圆弧风挡及鸟体的有限元分析模型, 利用基于SPH的流固耦合方法分析了圆弧风挡受鸟撞击问题。计算结果得到了风挡结构的变形、 位移、应变等几方面的数据,与实验结果基本吻合,同时给出了500~650km/h速度范围内的撞击 力和应力时程曲线、风挡发生破坏的临界撞速、圆弧风挡在经受鸟体撞击时发生破坏的可能位置 及其破坏方式。研究结果验证了SPH方法在分析鸟撞问题中的优越性,也为风挡的安全设计和研 制新机型提供了有价值的数据。     

基于协同优化方法的汽车正面抗撞性优化设计

将最优拉丁方试验设计方法与响应面方法相结合,建立了汽车正面碰撞过程中3组加速度指标的代理模型.使用协同优化方法对该3组加速度指标进行了协同寻优.优化结果表明,优化后3组指标均有不同程度的改善,提高了汽车正面抗撞性,表明使用协同优化方法、结合近似技术和有限元技术是求解汽车抗撞性多目标设计优化问题的一种有效方法,该方法能够有效地避免传统优化方法在求解高度非线性问题时面临的困难.     

基于混合元胞自动机的铝合金保险杠横梁设计

为提高保险杠横梁的耐撞性并考虑轻量化的要求,提出铝合金横梁结构的设计方法.建立耐撞性有限元仿真模型,基于混合元胞自动机方法进行耐撞性拓扑优化,根据材料分布得到H型梁的结构;采用Kriging近似模型技术,进一步优化拓扑优化后的截面尺寸.结果表明,所提出的结构设计方法可以得到合理的截面形状和尺寸,提高了保险杠横梁耐撞性且实现了轻量化设计.     

SPH和FEM耦合方法分析机翼前缘鸟撞的响应问题

鸟体的强度远比铝合金小,鸟体在撞击过程中表现强烈的流体流动性.介绍利用PAM-CRASH软件,采用SPH(Smooth Particle Hydrodynamics)和FEM耦合技术分析鸟撞机翼前缘问题.通过将鸟体离散成光滑粒子(SPH)单元,并且采用铆钉连接单元简化蒙皮和肋板的铆钉连接,准确分析了鸟撞动态特性.SPH方法在鸟撞仿真中,克服了网格稳定性问题,并能有效分析鸟体的飞散现象.     

运用md.nastran的鸟撞复合材料板显示非线性分析

针对鸟撞事件的频频发生,比如高层建筑物的玻璃,空中飞行的飞机等,通过msc.md.patran软件对鸟撞复合材料板建立简化模型,并得出提交到md.nastran中分析文件。进而得到结果文件,从而查看鸟撞时各个时刻复合材料板的变形,以及查看复合材料板的应力分布。并且可以绘制出应力与位移的时间历程曲线,为复合材料板结构强度设计提供理论依据。     

基于三元区间数的鸟撞座舱盖的不确定性分析

为了研究鸟撞座舱盖的安全问题,建立了基于光滑流体粒子动力学和有限元法耦合的鸟撞座舱盖模型.根据目前国内研究现状及缺乏相关鸟撞试验数据的情况,提出了采用三元区间数描述鸟撞不确定参数的方法,即小元表示不确定参数最小界限值,大元表示最大界限值,特元表示该不确定性参数最可能出现或者工程师最易选定的值.在此基础上,提出了应用确定性和区间相结合的算法对于三元区间数下鸟撞不确定性模型的求解方法,以及关于三元区间数的概率分布函数计算方法.计算结果与实际情况相符,说明三元区间数的鸟撞模型可有效地计算不确定性的鸟撞问题.     

浦东国际机场鸟情信息系统的设计和建立

由于鸟撞造成的巨大损失,鸟撞防范工作日益受到人们的重视。在浦东国际机场采取生态驱鸟的基础上,笔者在国内首次将计算机技术和乌类学知识相结合,制作了“浦东国际机场鸟情信息系统”,帮助机场工作人员了解实时实地的鸟情,作好机场的鸟撞防范工作。作者介绍了系统设计遵循的原则,详述了系统的数据库、逻辑结构和功能组成,并简要介绍了系统实现的途径。最后笔者对机场鸟情信息系统的应用和开发前景进行了展望。     

改进响应面法在汽车正面抗撞性优化中的应用

为提高汽车正面抗撞性,提出了精确收敛于当前设计点的改进的响应面方法,并将该方法与最优拉丁方试验设计方法相结合,建立了汽车全宽正面碰撞过程中B柱加速度峰值的代理模型. 基于该代理模型使用序列二次规划算法对多组结构参数进行优化. 结果表明,使用改进的响应面法建立的代理模型具有较高精度,基于代理模型优化后汽车B柱的加速度峰值降低18.2%. 该研究为汽车正面抗撞性优化提供了一种快速便捷的方法.     

华东机场鸟撞鸟情规律及其相关性研究

鸟撞规律研究表明,鸟撞不仅与鸟类的数量、时间和活动方式及其对机场环境的熟悉程度有关,而且与环境改观、驱鸟力度有关,鸟撞、鸟情、驱鸟三者间具有相关性,规范并加强综合性鸟撞防范与鸟情同步研究将有效提升机场安全保障科学水平.     

八边形逐级吸能梁的设计与优化

研究了一种八边形截面逐级吸能梁结构的设计与优化方法.建立了八边形逐级吸能梁的有限元模型,通过台车试验验证了模型的有效性.采用均匀试验设计方法制订并进行了一系列不同壁厚的八边形逐级吸能梁碰撞仿真,利用仿真结果建立八边形逐级吸能梁的耐撞性回归方程,并进行了回归分析.利用遗传算法,以八边形逐级吸能梁壁厚为变量,对该吸能梁耐撞性进行多目标优化设计,获得一组耐撞性较好的八边形逐级吸能梁设计方案,并将优化方案用于车架耐撞性改进.仿真及试验结果表明,该八边形逐级吸能结构变形吸能均匀,能够更好地达到碰撞安全性要求.     

机场鸟情研究方法探析

按照飞行阶段,将机场分成8个区进行鸟情研究,日观察记录数据的统计分析能反映出鸟情与鸟撞及二种规律变化间的关系,能反应鸟类生态分布、飞翔行为与飞机部位、飞行阶段间的鸟撞发生关系,特别是鸟撞发生的概率,为鸟情预报和避免鸟撞发生奠定科学的数据基础.     

基于SPH法的飞机风挡鸟撞失效破坏研究

运用SPH方法模拟了鸟撞飞机风挡的过程,鸟体模型采用SPH法建立,风挡模型采用Lagrange法定义,鸟体以515km/h、562km/h和600km/h的速度分别撞击风挡对称线上前1/3点。通过仿真模拟,获取了鸟体撞击风挡的应变、位移、应力曲线,风挡失效损伤演化过程,并与试验结果对比,证明所建鸟撞风挡有限元模型可以准确预测风挡的鸟撞动态响应。研究表明：鸟体撞击风挡对称线前1/3点时,风挡最大变形发生在风挡中间部位;风挡在弯曲作用下首先会在内表面发生失效破坏;撞速为600km/h的风挡发生失效破坏后,在撞击区域形成多条与风挡对称线呈大约50°夹角的裂纹及少部分横向裂纹。