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。     

聚氨酯/聚甲基丙烯酸甲酯/有机蒙脱土纳米复合材料的结构、形态与力学性能

将插层纳米复合技术与同步互穿聚合物网络（IPN）技术相结合,制备了聚氨酯（PU）/聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）/有机蒙脱土（OMMT）纳米复合材料.用XRD,SEM,TEM等手段并通过力学性能测试研究了该复合材料和相应的PU/PMMA-IPN材料的结构、形态和力学性能.结果表明,PU/PMMA/OMMT纳米复合材料中一部分蒙脱土以8～20nm厚、50～200nm长的片层有序地分布在聚合物基体中,形成了插层/剥离型纳米复合材料,其力学性能显著优于相应的PU/PMMA-IPN材料.OMMT易与PU/PMMA/OM-MT体系中的PU硬段及PMMA分子链形成氢键结合,使得OMMT,PU,PMMA彼此之间的相互作用加强,相容性改善,导致体系的力学性能显著提高.文中还研究了OMMA添加量、PU/PMMA质量比、过氧化二苯甲酰（BPO）添加量、二甲基丙烯酸乙二酯（EGDMA）添加量、1,4丁二醇（BDO）系数等因素对PU/PMMA/OMMT纳米复合材料力学性能的影响,获得PU/PMMA/OMMT纳米复合材料的最佳制备条件为：PU/PMMA质量比为60/40,OMMT,BPO和EGDMA添加量分别为MMA单体质量的5.0%,0.80%和2.0%,BDO系数为0.80.     

有机-无机纳米杂化材料P(MMA-BMA)-TiO2的制备和表征

采用溶胶-凝胶法制备了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）-聚甲基丙烯酸丁酯（PBMA）／TiO2杂化材料，并进行了结构表征和性能研究．以甲基丙烯酸甲酯（MMA）为杂化材料的主要成分，引入甲基丙烯酸丁酯（BMA）以改变PMMA／TiO2杂化材料易碎的缺点．实验结果表明：杂化材料中无机相与有机相通过Si-O-Ti共价键相连，TiO2的加入增强了聚合物材料的抗紫外性．     

桥墩复合材料防车撞结构碰撞性能试验研究

针对桥墩车辆碰撞的问题,设计了钢夹层和蜂窝复合材料相结合的桥梁防车撞吸能结构.为研究耐撞性能进行了材料性能试验和全尺寸防撞结构的碰撞试验,试验得到最大碰撞力为547.6 kN.通过对比试验获得碰撞响应与规范设计值,得出试验结果满足碰撞条件容差要求,可用于后期的数值模型验证,为类似吸能结构的设计提供参考.钢夹层-复合材料桥梁防车撞吸能结构可以减小桥墩的局部损伤和整体破坏,从而达到保护桥墩的目的.     

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。     

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。     

飞机风挡结构抗鸟撞数值模拟

在实验研究的基础上,建立了某型飞机风挡及其相关部件的全尺寸有限元模型,应用非线性有限元程序LS-DYNA3D对整个鸟撞击过程进行了数值模拟,得到鸟撞风挡结构动态响应计算结果.分析了鸟撞风挡结构的应力、应变动态时程曲线,讨论了引起风挡结构破坏的主要因素.数值计算结果与实验结果吻合较好,表明所建立的有限元计算模型可靠、计算数据有效.     

基于SPH方法的LY12-CZ铝合金平板鸟撞模型

为了得到更准确的飞机鸟撞分析模型,基于显式有限元分析程序PAM-CRASH建立了LY12-CZ铝合金平板的鸟撞数值模型.采用Johnson-Cook方程表述LY12-CZ材料的本构.LY12-CZ铝合金在4种不同应变率下的应力-应变曲线通过电子万能试验机和分离式霍普金森拉杆(SHTB)拉伸试验获得,对曲线进行拟合得到Johnson-Cook方程中的4个常数.基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法建立了鸟体模型,引入Monaghan EOS方程来描述鸟体材料.针对所建立的鸟撞数值计算模型,开展相对应的鸟撞试验,获得测试点的应变,并将数值计算结果和试验结果进行对比.结果表明:计算应变与试验测得的应变吻合较好,验证了鸟体、铝合金本构模型以及鸟体高速冲击计算分析模型的合理性、可靠性.     

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。     

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。     

刚性弹体冲击下无机玻璃的损伤破坏机理

使用有限元算法计算无机玻璃板在刚体弹体冲击下的响应过程,分析其损伤破坏机理. 通过计算发现无机玻璃板受冲击时,先出现径向裂纹,之后分叉形成环向裂纹,在径向裂纹与环向裂纹的交错作用下,无机玻璃板破裂成碎块. 无机玻璃板径向裂纹的出现是其被破坏的主要原因,而环向裂纹的出现则为无玻璃板吸收了大量冲击产生的能量. 厚度一定的无机玻璃板在刚性弹体特定速度范围内的冲击作用下吸能效果较好,这为无机玻璃板结构的设计提供了参考依据.     

斜荷载冲击层合板的响应研究

为了分析层合板受到斜荷载冲击时的响应,基于Kirchhoff经典层合板理论从平衡微分方程出发推导层合板振动的控制微分方程,利用模态叠加原理求解层合板振动控制微分方程得到层合板的位移、速度和加速度的响应.给出算例,分析了冲击力的大小、冲击的角度、板的尺寸等参数对接触面上最大剪应力的影响,并给出了剪应力在接触面上的分布情况.     

基于DEM的两层结构夹层玻璃冲击破坏特性研究

使用自主开发的三维离散元方法(DEM)仿真分析软件,研究了普通夹层玻璃和两层结构夹层玻璃的冲击破坏特性.假定基本等厚的普通夹层玻璃板和两层结构夹层玻璃板均被四周固定,一高速刚性冲击子撞击普通夹层玻璃任一侧的中心和两层结构夹层玻璃两侧的中心.利用三维DEM分别对以上三种情况的冲击破坏过程进行数值模拟,获取各种情况下的冲击子最大冲击力和贯穿能.研究结果表明:作为汽车前挡玻璃,两层结构夹层玻璃比普通夹层玻璃具有更好的安全性.     

中空夹胶玻璃幕墙爆炸响应的三维数值模拟

针对中空夹胶玻璃幕墙系统爆炸响应问题,考虑玻璃板块间气体层作用及周围支撑部件影响,建立了爆炸冲击波和中空夹胶玻璃幕墙流固耦合的三维精细有限元模型,在高性能计算平台上重现了玻璃幕墙防爆炸原型试验中爆炸冲击波与中空夹胶玻璃幕墙的相互作用过程.研究了爆炸冲击波作用下幕墙的动态响应情况,得到了与试验一致的结果.数值模拟分析为玻璃幕墙结构的抗爆设计与改进提供了参考依据.     

基于特定材料的冲击弹性波传播规律探析

为了更好地研究冲击弹性波在平台上的传播规律,选用特定的各向同性材料和各向异性材料搭建实验平台,探究冲击弹性波在平台上的传播规律。以环氧玻璃布层压板为各向异性材料,以有机玻璃厚板为各向同性材料,利用黏附在该特定材料上的PVDF传感器群,采集并分析不同厚板和层叠板在冲击条件下弹性波的传播规律。实验结果表明,在各向异性材料上,沿纤维排列方向的横波传播速度最快,纵波的传播速度最慢;各向异性材料层叠板的纵波传播速度远慢于该材料的层压厚板的纵波传播速度;沿特定角度设置的测试通道远离材料中心区域横波的传播速度较大。基于实验结果提出有利于隔冲材料上弹性波传递和扩散的材料组合方式,即设计隔冲复合材料时加入规则排布的高声波速率的纤维材料,将隔冲材料整体设计为分层结构并且在材料边缘设置一定数量的90°锯齿形结构。     

复合材料层合厚板的冲击响应及分层损伤研究

复合材料层合结构是飞机的主要受力构件,研究其冲击响应及分层损伤非常重要。针对5 mm厚40层铺层的层合板分别进行15 J、30 J、45 J的落锤实验,研究低能量冲击的动力响应。然后进行超声C扫描检测获得各界面的分层损伤情况,以分析分层损伤在面内及厚度方向上的分布特性,并在此基础上研究损伤的形成机理,对分层的分布特性进行解释。据此,可对层合板界面分层损伤进行预测,使其得以在实际工程中评估剩余强度以保证构件安全,同时也将有助于层合板的结构优化设计。     

层间隔震底层框架砌体房屋动力计算方法

底层框剪结构多层砖房在城市建设中应用广泛，这种房屋的特点是由2种承重和抗侧力体系构成的，但是这类房屋的抗震性能较差．为此，提出把隔震橡胶垫放置在上部砌体与底层框架结构之间的隔震措施，它依靠隔震层较大的变形和耗能能力，大大削弱了地震对建筑结构的影响．由于上部砖房的刚度比隔震垫与底层框架的刚度大得多，因此可以将隔震房屋模拟成具有2个自由度的系统．并分析了此类房屋的动力特性，与隔震振型的参与系数相比，非隔震振型的参与系数非常小，隔震振型控制了系统的反应，得到了用来求解此类房屋动力计算的实用方法．为建立实用设计方法、推广层间隔震结构的应用提供了有效途径．     

复合材料层合扁球壳在集中冲击下的非线性动力屈曲

研究了复合材料层合扁球壳在中心集中冲击载荷作用下的非线性动力屈曲问题;通过在复合材料层合扁球壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入的中心集中冲击载荷,采用Galerk in方法得到以顶点位移表达的冲击动力响应方程,并用Runge-Kutta方法进行数值求解,得到了不同载荷幅值下的位移响应曲线,应用Bud iansky-Roth准则(简称B-R准则)确定了冲击屈曲的临界荷载;讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合扁球壳冲击屈曲的影响;数值算例表明,该方法是可行的.     

夹胶建筑玻璃板后破坏强度分析

根据玻璃及胶层材料的物理特性,将塑性绞线理论引入到三阶段模型中,提出了一种计算夹胶玻璃后破坏强度的方法,并运用该方法研究了不同设计参数对夹胶玻璃后破坏强度大小的影响.结果表明:夹胶玻璃板后破坏强度随着玻璃的胶材厚度增加而增加,随着玻璃板长度的增加而减小;框支式夹胶玻璃板比点支式夹胶玻璃板具有更高的后破坏强度.     

基于压电模态响应智能识别结构的动态荷载

基于对智能层合板结构的模态分析，提出由结构的压电模态响应反演瞬态荷载时间历程的有限元方法，介绍了压电模态传感器的实现原理，并给出了由实测压电单元输出得到结构模态响应的计算公式，采用无条件稳定的精细逐步积分法求解结构的模态动力学微分方程，构造了通过结构的模态响应反求荷载列阵的迭代算法，该方法作为动态激励的压电模态响应易于实时监测，迭代过程简单可靠、计算速度快、识别精度较高，适用于任意形状和边界条件的复杂型智能结构，实例表明了该方法的可行性。