复合材料波纹腹板梁坠撞试验与数值模拟

为了探究复合材料波纹腹板梁在坠撞过程中的吸能性能,对复合材料波纹腹板梁试验件进行了动态冲击压溃试验研究,得到了试验件的损伤破坏形貌以及载荷和能量的历程曲线。基于ABAQUS/Explicit平台二次开发得到了模拟复合材料波纹腹板梁冲击压溃过程的仿真分析模型,模型采用了改进的Hashin损伤判定准则和Choi-Chang准则综合判断单元失效,并结合Cohesive界面单元,可较为真实地反映所研究复合材料层合结构的各向异性和渐进损伤特性。通过数值模拟得到了能量评估参数比吸能(Specific energy absorption,SEA)和平均压溃载荷,与试验结果进行了对比分析。基于仿真分析模型,本文进一步研究了不同波数的复合材料波纹腹板梁的吸能能力。数值模拟结果表明:波纹腹板梁在冲击载荷作用下发生了渐进压溃失效;平均压溃载荷的相对误差较小,验证了模型的有效性;在腹板单波长度不变的情况下,波纹腹板梁的长度对抗冲击吸能的影响较大。当波纹腹板梁长度较小时,结构容易失稳,无法有效地吸收能量。

民机机身段和舱内设施坠撞试验及结构适坠性评估

为研究典型民机机身段和内部设施的适坠性,设计并制造了7个框距的全尺寸机身段结构,安装了典型的舱内设施,包括3排航空座椅和2套行李架,建立了机身段结构和舱内设施的撞击有限元模型,通过预试验分析,确定乘员可生存的垂直坠撞速度为7m/s。坠撞试验中,撞击平台材料为木质,撞击平台下方放置了12个载荷传感器,乘员由15个假人模拟,其中4个假人安装了传感器,行李用配重替代。撞击载荷、结构和假人的加速响应由动态数据采集设备(DAS)测量,并与图像测量同步,给出了数据处理方法和典型的结构、假人响应曲线。通过对撞击过程中机身段结构的能量吸收过程和机理进行分析,提出了3条提高机身结构适坠性的设计思路。根据适航条例对结构适坠性的要求和人体伤害指标,提出了综合适坠性评估指数(ICI)的概念,可对民机结构适坠性进行量化评估,并根据该评估方法和试验结果,对典型机身段的结构适坠性进行了评估。评估结果表明,在给定的坠撞环境下,机身段结构的适坠性满足适航规章的要求。

民机货舱下部复合材料结构抗坠撞吸能特性试验研究

在可生存坠撞事故中,货舱下部复合材料结构是飞机坠撞过程中的主要吸能部件。货舱地板支撑立柱是货舱下部复合材料结构的主要支撑部件,研究其对货舱下部结构抗坠撞性能的影响尤为重要。针对不同立柱构型的典型民机货舱下部立柱组合件结构,开展了结构坠撞冲击试验。通过对结构失效模式和能量吸收情况进行对比分析,得到了货舱下部复合材料结构在坠撞速度为9.144 m/s时的抗坠撞吸能特性与立柱夹角、立柱厚度、触发形式等因素之间的关系。结果表明:当立柱夹角为90°、立柱厚度分段变化、立柱与框弱连接时,货舱下部复合材料结构的抗坠撞性能最好。

N5A飞机的坠撞试验

N5A飞机抗坠撞性设计N5A飞机是南昌飞机制造公司按中国民用航空条例第23部正常类飞机适航标准研制的农业专用飞机,发动机功率294千瓦。飞机起飞重量2250千克。飞机为正常式布局,单人驾驶,机翼为平直下单翼,用不可收放的前三点油气减震起落架。

民机适坠性研究中的垂向坠撞速度问题探讨

垂向应急坠撞速度是评价民机抗坠撞水平的关键输入参数,如何确定飞机的垂直坠撞速度是型号耐撞性设计和验证的关键问题。本文梳理了国内外飞机结构坠撞试验的垂向坠撞速度选择情况,并从飞机的坠撞事故统计、乘员耐受极限与客舱完整性,以及应急坠撞典型工况分析等方面出发,对民机适坠性研究中的垂向坠撞速度确定方法进行了讨论。

某型无人机回收冲击有限元分析及试验验证

基于有限元方法对某型无人机三种坠撞速度下机体冲击进行仿真,得到相应速度下机体所受加速度峰峰值。通过坠撞试验,将试验数据与冲击仿真结果进行比较,一致性较高,说明有限元模型能够表征真实机体动态特性。预测分析回收冲击响应,为下一阶段该型无人机回收冲击强度校核提供了可靠依据。

大型运输类飞机典型机身框段坠撞特性分析

为了研究大型运输类飞机坠撞特性及失效模式,发展机身框段结构有限元建模及坠撞仿真技术,首先设计加工三框两段全尺寸机身框段试验件(含2套三联座椅和4个FAA混Ⅲ假人);其次通过开展坠撞试验获得其坠撞变形及响应特性;最后建立经试验验证的机身框段有限元模型,并进一步评估其撞击不同地面(混凝土地面和软土地面)时的响应特性。结果表明,在6.02 m/s坠撞速度下,客舱地板上部区域基本保持完整,客舱地板下部区域发生了较大变形与破坏,产生3处塑性铰;货舱地板横梁一侧在其与机身框连接处发生断裂,导致同侧的客舱地板峰值加速度明显大于另一侧,最大峰值加速度和撞击力分别为427.7 m/s^(2)和290.8 kN。有限元模型能够准确模拟客舱地板下部的3处塑性铰、货舱地板横梁与机身框连接处的失效情况等,且在速度、加速度等方面与试验结果吻合较好,仿真结果表明机身框是主要的吸能部件,占总吸能量的40.7%;当机身框段撞击不同地面时,由于软土地面发生变形并吸收了部分冲击能量,导致机身变形模式发生改变,并降低了传递给乘员的峰值加速度。

典型金属民机机身结构坠撞特性试验

为验证典型金属飞机机身结构的适坠性,开展了机身等直段结构在5.91 m/s下的垂直坠撞试验,得到了地面撞击载荷、机身结构变形及机身结构典型位置和假人的动态响应数据,分析了坠撞过程中机身结构的变形失效机理、载荷传递规律及能量吸收特性,提出了提高机身结构适坠性的设计方法。试验研究表明,在坠撞冲击载荷作用下,客舱地板横梁以下结构出现较为严重的变形,机身结构呈现非对称的破坏模式。在坠撞过程中,由于机身框和横梁变形吸收了大部分冲击能量,因此,相较于立柱处加速度峰值,传递至乘员处加速度峰值减小了90%左右。由综合适坠性评估指数可知,机身结构在5.91 m/s的坠撞速度下,具有良好的适坠性。

一种复合材料结构的坠撞吸能特性分析

本文主要研究一种碳纤维复合材料立柱组合件的坠撞吸能特性。提出立柱组合件的坠撞试验方法,对组合件实施9.14m/s速度下的垂直坠撞试验,获得组合件的坠撞过程及其垂向力时间历程,试验表明组合件中的C型立柱发生了较小程度的压溃,其吸能效率较低。基于线性退化损伤模型和三维Hashin失效准则,对该组合件进行坠撞数值仿真分析,数值模拟的垂直力和变形模式与试验结果较为吻合,验证数值仿真分析方法有效可行。此外。提出组合件结构的改进思路以提高立柱的吸能效率,为复合材料机身抗坠撞设计提供重要的数据支持和参考。

民机客舱下部吸能结构分析与试验相关性研究

以民机典型机身段客舱下部结构为研究对象,建立了结构坠撞有限元模型,利用LS-Dyna软件进行了结构能量吸收特性分析。基于吸能结构思想,以降低传递到客舱地板的加速度载荷为设计目标,提出了一种民用飞机客舱地板下部结构吸能设计方法。设计制造了全尺寸的吸能结构试件,并进行了垂直坠撞试验。为评估坠撞分析与试验的相关性,提出了一种基于能量的能量吸收特性评估方法。首先对预试验分析结果与试验结果进行了相关性分析,根据相关性分析结果对分析模型进行了修正。修正后坠撞分析结果与试验结果的相关性表明,乘员质心处的平均加速度响应峰值误差为16.44%,最大平均反弹速度误差为10.53%,修正后模型的总体刚度与实际结构一致,分析获得的结构总体变形模式与试验结果基本一致。但能量吸收时间和加速度峰值出现的时间与试验结果相比误差较大,表明结构连接失效等结构建模细节对计算结果有显著的影响。