基于ABAQUS冰雹撞击数值模拟

有研究表明进入21世纪,全球进入到气象灾难频发的时期,其中因冰雹撞击航空航天飞行器等而造成损失的问题日益剧增,由于冰雹的爆发频率上升等因素,对冰雹撞击目标这一微观过程的理论研究显得尤为重要。考虑到撞击过程中的复杂非线性,本文提供了一种利用ABAQUS软件来模拟冰雹撞击的方法,对于以往较少研究的冰雹机械性能,本文进行了重点研究,并最终得到撞击力时程曲线。本文建立率相关非线性本构模型,用ABAQUS的非线性显式动态分析程序进行求解,从而得到力的波动规律。通过数据比较验证了ABAQUS数值模拟方法的可用性。结果表明,ABAQUS冰雹撞击的微观过程与实际观测比较一致,用数值模拟的方法来研究撞击破坏具有较强可行性,并在此基础上探究了撞击的基本规律。

航空发动机风扇叶片冰雹撞击仿真

为预估航空发动机风扇转子叶片受到冰雹撞击后的损伤情况,基于PAM-CRASH软件进行冰雹撞击风扇转子叶片仿真。采用SPH方法和带失效应变的弹塑性材料模型建立冰雹数值模型,模拟冰雹撞击铝合金平板过程,仿真结果与试验数据吻合较好。针对冰雹撞击旋转状态风扇转子叶片试验,建立3维风扇转子有限元模型,使用带失效模型的J-C本构模型定义叶片材料性能,采用该冰雹模型对试验过程进行仿真,获得的冰雹撞击过程和叶片损伤与试验结果基本相同,叶片凹陷深度误差小于10%。仿真与试验结果对比表明:风扇叶片冰雹撞击仿真方法能够预估叶片被冰雹撞击后的损伤情况,可用于叶片抗冰雹撞击设计与评估。

一种基于磁阻式线圈的模拟冰雹发射装置设计与仿真

基于光伏板模拟冰雹撞击试验的实际需求,开展了磁阻型线圈发射装置与脉冲功率源之间的匹配性研究。通过理论对续流前置型和续流后置型两种基本脉冲放电电路进行了适用性分析,结果表明,续流前置型脉冲放电电路与发射装置具有更优的匹配性。针对发射过程中剩余脉冲电流的反向制动问题,设计了一种可以快速消除剩余脉冲电流的泄能电路,用于改进续流前置型脉冲放电电路的拓扑结构,进一步提高其适用性,并借助仿真进行验证。结果表明,泄能电路能快速消除剩余脉冲电流的反向拉力影响,使抛体的发射性能显著提高,抛体出口速度相比传统放电电路提升50.8%,系统发射效率提高127.5%。该项研究可为磁阻式线圈发射技术应用在模拟撞击试验领域的研究提供参考。

冰雹载荷下基于碳纤维增强复合材料的腔棘鱼鳞双螺旋仿生结构的撞击损伤分析

为了提高纤维复合材料构件抗冰雹载荷性能,基于腔棘鱼鳞独特的双螺旋结构,建立了以碳纤维增强复合材料为基体的腔棘鱼鳞双螺旋仿生结构数值模型,并验证了该仿生结构模型的有效性。对比分析了双螺旋仿生结构和正交层合结构的毁伤特性,进而探究了冰雹撞击能量及分布密度对该双螺旋仿生结构动态响应的影响。结果表明,双螺旋仿生结构在冰雹作用下的毁伤程度低于相同密度条件下的正交层合结构。当撞击能量达到1149.3 J时,正交层合结构出现了明显的基体破碎及纤维断裂,而双螺旋仿生结构仅表现为撞击区域的浅表分层并伴随少量纤维断裂。双螺旋仿生结构在冰雹撞击下的力学响应可分为3个阶段。随着撞击能量的增加,撞击区域首先发生基体拉伸,撞击点临近区域发生分层及面外凸起;进而分层区域向四周扩展,在冰雹的持续加载下撞击位置的位移达最大值;此后,仿生结构出现回弹直至稳定。该双螺旋仿生结构的能量吸收比率及接触力均随撞击能量的增加而线性增大。在相同质量冰雹的作用下,随着冰雹分布密度的增加,双螺旋仿生结构的上表面损伤程度减小,下表面损伤区域增大。研究结果为基于碳纤维增强复合材料的腔棘鱼鳞仿生结构在冰雹载荷下的轻量化设计奠定了基础。

冰雹动态本构建模与验证

飞机飞行过程中,机身外表容易遭受冰雹撞击,造成机体破坏,危害乘客安全。为研究结构抗冰雹冲击性能,本文基于拉格朗日(Lagrange)方法、耦合欧拉-拉格朗日方法(CEL)和光滑粒子动力学(SPH)方法,建立冰雹动态本构模型,并根据冰撞刚性靶试验数据,修正冰雹模型参数,验证三种方法的有效性。数值计算结果表明,三种方法均能较好地描述冰雹动态破碎行为,且在中低速冰撞分析时,基于应变率强化效应和张力失效准则的Lagrange方法与试验有更好的一致性。

冰雹撞击飞机相关问题的研究综述

冰雹撞击是危害飞机航行安全的重要隐患之一。开展冰雹撞击相关研究有助于指导飞机的抗冰雹设计,保障飞机的航行安全。本文基于现有冰雹相关研究,阐述了冰雹的形成过程、力学性能以及人工冰雹的制作方法,并从吞冰/冰雹撞击试验、冰雹本构模型和数值模拟三个方面对现有的冰雹撞击相关研究进行了归纳总结。此外,在现有研究基础上提出了冰雹撞击问题需要关注的一些研究方向,为后续的冰雹撞击研究提供参考。