A320撞击刚性靶体的数值模拟及冲击载荷工程模型验证

利用通用显式动力学分析程序LS-DYNA模拟了空客A320与刚性靶体的碰撞过程,获得了飞机以不同速度撞击时的冲击载荷.通过与修正的Riera公式计算的冲击载荷对比,确定了Riera公式和冲击载荷工程模型中修正系数α的取值,并获得了α与撞击速度V₀的对应关系.根据飞机的压损载荷冲量与冲击载荷冲量之比,确定了冲击载荷工程模型中冲击载荷系数γ的取值,并获得了γ与撞击速度V₀的对应关系.工程模型与数值模拟计算的冲击载荷曲线吻合较好,验证了冲击载荷工程模型的合理性,为空客A320及相似结构飞机的冲击载荷曲线计算提供了依据.      

典型大型商用飞机撞击问题数值建模及计算

基于对空客A320的结构分析,开展了大型商用飞机结构简化和建模方法研究,建立了结构较为详细的飞机有限元计算模型,确定了适当的网格尺寸;通过将飞机撞击刚性靶体的数值模拟结果与Riera理论计算结果进行对比,验证了所建立的大型商用飞机有限元计算模型的合理性以及数值计算方法的可靠性.该大型商用飞机有限元计算模型可用于飞机冲击载荷特性的进一步分析,也可直接用于飞机撞击作用下结构响应安全性评价的数值模拟.     

飞机机体模型撞击混凝土靶体动力学行为研究

飞机撞击混凝土建筑物的撞击过程中,机体和发动机的撞击可以分开考虑.机体结构在强轴向冲击情况下会发生包括高度非线性的变形、断裂和飞散等的渐进撞毁现象,这些物理现象主要会影响冲击载荷的时间历程.本研究采用显式有限元方法对飞机机体模型撞击载荷试验进行了的动力学模拟,模拟中机体采用了Johnson Cook材料模型和失效模型.计算得到的飞机尾部减加速度曲线、靶体上承受的冲击载荷时间曲线与试验测量和Riera理论计算结果均具有较好的一致性,说明研究采用的计算方法和材料模型及参数是合理的,可用于后续的大型民用客机撞击载荷的数值模拟,也证明了Riera理论模型的实用性.     

飞机机翼积冰的数值模拟研究

针对机翼结冰问题,提出了一种翼型结冰的数值模拟方法。介绍了适用于本方法的翼型网格划分及流场求解方法;提出了一种适用于CFD的水滴收集系数计算方法;利用Fluent软件的离散项模型(DPM)及用户自定义函数功能(UDF),计算求解了翼型表面的局部水滴收集系数;介绍了积冰过程中的质量守恒和能量守恒过程;基于积冰垂直生长假设,介绍了积冰生长模型;最后利用本文提出的方法预测了翼型的结冰情况。将用本文提出的方法计算得到的三种典型积冰类型同国外冰风洞实验结果做了对比,证明了本文方法的正确性和准确性。     

同轴撞击流浓缩器浓缩稀硫酸的数值模拟

在理论分析的基础上建立了同轴撞击流浓缩器浓缩稀硫酸的理论模型,并用R-K法进行了数值模拟。结果表明撞击流浓缩器可以强化传递过程,用它浓缩稀硫酸是可行的。     

飞机对核安全壳撞击破坏效应的数值模拟

为了研究大型商用客机撞击核电站安全壳的破坏效应,通过建立精细化的空客A320以及岭澳核电站安全壳有限元模型,采用LS-DYNA软件对飞机撞击安全壳进行了数值模拟。分析结果表明:A320撞击力时程曲线出现3次明显的峰值,分别对应驾驶舱、引擎以及机翼(油箱)受撞击产生,其中引擎撞击导致最大峰值荷载。得到的撞击力时程曲线形状与已有研究结论相似,但因飞机型号、质量及撞击速度不同,撞击持续时间、峰值荷载大小及出现时刻存在明显差别。在飞机速度为100m/s撞击下安全壳损伤严重,撞击中心发生局部穿透并很有可能引发核泄漏。     

不同湍流模型比较模拟撞击流

构造了计算撞击流流场分布的数值简化模型,并用有限容积法对间距为H的两个对置平板喷嘴间的湍流作用区域进行数值模拟研究．数值模拟采用了三种湍流模型：标准的k-ε模型、RNG k-ε模型（renormalization group k-ε model）以及雷诺应力模型．数值模拟数据的有效性通过将模拟结果与由对环境温度下两对置喷嘴之间的撞击流试验的结果比较得到证实．通过与实验数据的比较发现,由于考虑了平均流动中的旋转及旋流流动情况,RNG k-ε模型在撞击流区域获得的结果要好于用标准k-ε模型和雷诺应力模型获得的结果．     

四喷嘴对置式撞击流的数值模拟

通过实验测量和数值模拟(Realizable к-ε湍流模型)相结合的方法研究了四喷嘴对置式撞击流的流场,得到了两者相吻合的结果。模拟结果再现了装置内的分区流动情况;通过对模拟数据分析,计算出了回流比沿装置轴向的分布,发现喷嘴顶部高度和喷口速度的大小对顶部空间的回流比分布影响明显;而喷嘴顶部高度和喷口速度对喷嘴以下空间的回流比分布影响甚小,大约距喷嘴2倍装置直径距离后喷嘴以下空间回流消失。     

岩体稳定数值模拟的模型结构确定原则

针对原型结构的复杂性，提出了在保证计算结果合理性的前进下简化模型结构的尺度原则和模式机制观点.尺度原则以地质体大小和结构面规模与模型尺度大小的相对关系作为介质类型划分和结构面取舍的依据；模式机制观点则从结构面和软弱介质对岩体变形和破坏的重要控制意义的角度讨论模型的介质类型划分问题.     

浸没循环撞击流反应器的流场数值模拟

利用通用有限元分析软件ANSYS中的计算流体动力学模块(FLOTRANCFD),对浸没循环撞击流反应器(简称SCISR)的流场进行了模拟和分析·计算结果表明,SCISR流场中各参数关于撞击面完全对称;导流筒上下两侧及撞击区内仍然有死区存在,可以通过增加雷诺数来减小·在撞击区内速度等值线比较密集,即这个区速度梯度比较大,这对于促进湍动混合非常有利·最后,应用计算机压力采集装置对流场进行了压力测试,并与模拟结果进行了比较·     

基于数值模拟的半刚性护栏性能优化

ANSYS/LS-DYNA数值模拟的计算结果表明,按规范设计的波形梁Ⅰ型（WBSGⅠ）护栏在车辆与刚性护栏的碰撞过程中,不能满足承载力要求,导向性差,有可能发生车辆越出护栏的坠车事故.参考东海大桥的护栏设计标准（TBSG）,对规范中护栏各部件的设计参数做出调整,设计出波形梁Ⅱ型（WBSGⅡ）护栏.模拟结果表明,该护栏提高了护栏的安全性和车辆导向性.计算结果可为实车试验和工程实际应用提供参考依据.     

撞击流对喷雾燃烧强化机理的数值模拟

为了掌握液体燃料喷雾撞击燃烧过程中不同流场条件对燃烧过程的关键影响因素及其影响规律,进而探索不同流场条件对喷雾撞击燃烧过程的强化机理,采用数值模拟方法对同轴对置式双喷嘴撞击流喷雾燃烧进行研究.结果表明:燃料质量流量相同时,双喷嘴撞击流对燃烧存在明显的强化作用;随着入口速度的增加,燃料蒸发与反应速率提高,燃烧温度增加;两喷嘴存在一个最佳间距,使得燃烧效果最佳,随着喷嘴间距的增加或减小,燃烧反应都会减弱;喷嘴夹角为180°时,燃烧效果最佳,随着喷嘴夹角的减小,蒸发速率会增加,燃烧反应会受阻.     

喷淋冷却器内液滴撞击液膜的传热数值模拟

液滴撞击液膜是喷淋冷却过程中的常见现象,利用欧拉多相流模型与连续表面力模型模拟了液滴撞击液膜的传热过程,其中液滴撞击液膜的飞溅规律与实验结果一致.分析了液滴撞击液膜飞溅半径与飞溅高度的变化规律,并进一步分析了撞击速度、液滴直径、液膜深度、壁面温度对液滴-液膜撞击传热量的影响,结果表明增加撞击速度、液滴直径、液膜深度有助于提高喷淋冷却的效果.     

同轴对置撞击流吸收器流场特性的三维数值模拟

采用商用FLUENT软件中的标准k-ε模型,对同轴对置撞击流吸收器的流场特性进行了三维数值模拟研究,揭示了其中流体的主要流动规律,并对其速度场和压力场进行了分析,为同轴对置撞击流吸收器的优化和改进设计提供了基础数据和理论依据.     

VCISR不同撞击间距下压力波动的数值模拟

采用数值模拟的方法对VCISR(立式循环撞击流反应器)不同导流筒间距下压力波动的空间分布和时域分布进行研究,设定搅拌转速分别取为10,20和30 r/s,上下两导流筒的间距分别取为60,100和140mm.结果表明:导流筒间距对压力波动的空间分布和时域分布有重大影响,同一转速下,导流筒间距为100mm时反应器内空间压力波动强度达到最大值,导流筒间距为60 mm时反应器内时域压力波动强度达到最大值,微观混合效果分别达到最好;转速相同时,不同导流筒间距下时域压力波动曲线变化的趋势基本相同,即随着时间的增加先迅速下降后缓慢上升,达到一个时间分界点后时域压力值基本保持不变,导流筒间距越大达到时间分界点所需的时间越长.     

圆柱形弹丸高速撞击薄板的碎片云特性数值模拟

为研究不同形状空间碎片超高速撞击薄板产生的碎片云特性,采用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D,利用光滑质点动力学方法（SPH）对圆柱形弹丸超高速正撞击单层薄铝板防护结构形成的碎片云进行数值模拟,分析相同质量和速度条件下,不同长径比的圆柱形弹丸超高速撞击所产生碎片云的形态、轴向长度、径向直径、轴向速度等参量随弹丸长径比的变化规律。结果表明,弹丸破碎程度和碎片云分散程度随弹丸长径比的改变而改变。随着弹丸长径比的增加,碎片云对航天器舱壁的损伤能力增强,弹丸对薄板的损伤程度减弱。该结果为航天器超高速撞击风险评估和防护工程设计提供了参考。     

航空铝合金板抗鸟撞击性能的数值模拟研究*

利用ANSYS AUTODYN软件建立不同弹体以不同速度撞击不同靶体的仿真模型,模拟鸟撞击航空器整个过程,并利用实验验证模型的有效性,分析各种撞击条件下的弹体撞击靶体时靶体的损伤情况,得到靶体材料的性能、鸟弹的撞击速度和质量对靶体损伤特性的影响。仿真结果表明:靶体材料特性对靶体损伤会产生影响,靶体材料的屈服强度和抗拉强度越大,靶体在撞击过程中的变形就越小,鼓包的高度也越小。而鸟弹的速度和质量也会显著影响靶体受损情况,随着鸟弹速度和质量的增加,靶体鼓包的深度也会不断增加直至靶体产生撕裂破坏。     

撞击流中单颗粒运动行为的数值模拟

通过采用格子波耳兹曼方法模拟撞击流流场,采用拉格朗日法跟踪颗粒相,对单颗粒在撞击流中的行为进行了数值模拟,得到了不同Re数和不同喷嘴间距H与喷嘴高度W比值(H/W=1,2,4)时颗粒的运动轨迹图,以及颗粒在流场中的最大渗入深度和停留时间.同时,对颗粒在湍流撞击流中的运动规律也进行了初步探讨.计算结果表明,当H/W一定时,随着Re的增大,渗入深度变长,停留时间却变短;而当Re不变时,随着H/W的变大,渗入深度和停留时间都变长.     

空气环境中水滴和半空间弹性体撞击力学行为的数值模拟

通过将拉格朗日方法与欧拉方法相耦合,分析了在空气环境中直径为1 mm、速度为150 m/s的球形水滴对半空间弹性体的撞击过程.通过对液固撞击过程的数值模拟,给出了撞击过程中水滴内部的压力分布及其随时间的变化、液固接触边缘射流的形成及其破碎的过程、被撞击固体的变形特点和等效应力及其随时间的变化.结果表明:水滴和被撞击固体的可压缩性对整个撞击过程有重要影响;在撞击的初始阶段,水滴中产生水锤压力并使固体表面产生相对很大的变形和应力,水锤压力的理论值和数值计算的结果具有较好的一致性,验证了耦合数值计算方法的可行性和精确度;射流出现的时间比激波脱体的时间晚,高速射流对不再平坦的固体表面的强烈剪切作用使固体进一步变形,并且液固接触边缘的压力高于内部的压力.