基于损伤性能的钢护筒复合桩抗撞设计方法

为确保桥梁碰撞事件中的桩基安全,基于经试验验证的有限元模型,分析了不同钢护筒长度和碰撞工况下的桩基损伤状态。研究发现,同等碰撞工况下,增加钢护筒长度有利于减轻桩基损伤,且钢护筒满足最优长度后损伤程度最轻。桩顶峰值位移可表征基桩损伤严重程度,桩顶峰值位移越大,基桩受撞损伤程度越重。据此,提出基于桩顶相对位移的损伤指标。该指标不仅可以量化基桩受撞损伤程度,还有效规避了桩基尺寸参数的影响。以该损伤指标为性能水平参数,可有效对应按损伤状态划分的四级抗撞性能水平,即正常使用、修复使用、生命安全和预防倒塌。在此基础上,提出了基于损伤性能的钢护筒复合桩抗撞设计方法,并阐述了具体步骤。

汽车40%偏置碰撞抗撞性改进设计

建立并验证了偏置变形壁障块模型、某轿车全宽碰撞模型的有效性,按照ECE R94.01法规建立该轿车的40%偏置碰撞有限元模型,利用有限元方法对该轿车进行40%偏置碰撞抗撞性仿真分析,确定该轿车40%偏置碰撞抗撞性改进方向。按照改进方向对轿车进行3个方面的抗撞性改进设计,通过比较分析,在一定程度上改善了该轿车的40%偏置碰撞抗撞性能。

某型飞机机翼前缘抗鸟撞结构设计与试验验证

针对某型飞机机翼前缘抗鸟撞性能不满足适航要求的问题,采用"数值仿真-试验验证-再仿真"的研究思路,对该结构进行了抗鸟撞优化设计。首先,通过有限元数值仿真,分别对具有三角板结构和前墙结构的两种新型前缘结构抗鸟撞能力进行了分析。仿真结果表明:具有前墙结构的机翼前缘抗鸟撞能力优于原始结构和带三角板结构的机翼前缘;在鸟撞过程中,这种具有前墙结构的机翼前缘通过利用破损蒙皮继续变形吸能的方式提高了结构的抗鸟撞性能。基于此,对带前墙结构的机翼前缘进行了抗鸟撞试验,一方面验证了数值模拟方法的准确性,另一方面验证了前墙结构的抗鸟撞效果。最后,采用数值仿真方法对带前墙结构的机翼前缘结构进行了参数分析,得到了前缘蒙皮厚度和前墙厚度与结构抗鸟撞性能的关系,并基于结构承载和抗鸟撞能力的综合要求,确定了最终结构参数。分析表明,优化后的机翼前缘结构不仅满足抗鸟撞要求,而且实现结构减重30%。

飞机翼面结构抗鸟撞设计研究

首先,文章针对抗鸟撞的研究活动,提出了抗鸟撞设计的计算模型,并分别对鸟体及结构的几何模型及材料参数设置进行了说明,提供了相应的计算公式;接下来,又针对有限元模型的建立,提供了适合研究鸟撞的SPH方法,同时阐述了网格划分及边界条件处理;最后,则在模拟结果的基础上展开了讨论,分析了撞击过程中各个结构所起到的作用。

典型金属加筋板鸟撞实验研究

以典型金属加筋板为鸟撞实验研究对象,采用数字图像相关法的非接触测试方法实现鸟撞区域测试点三维位移信息的测量,与传统的接触式测试方法相比,测试精度和可靠性得到了提高。并通过分析高速摄像结果,得到数值模拟中鸟体应采用的描述流体行为的本构模型。最后通过对比不同撞击点的实验结果,确定了典型加筋板的鸟撞危险点,验证了加筋板不同的蒙皮-筋条间连接强度对结构抗鸟撞性能的影响。

鸟撞飞机风挡非线性数值分析

采用非线性有限元法,基于ABAQUS/Explicit软件平台及内嵌的材料用户定义子程序(VUMAT),建立了鸟撞飞机风挡的力学分析模型。比较了有限元模型中玻璃骨架、弧框和橡胶垫片对风挡动响应分析结果的影响,并与全尺寸风挡鸟撞试验数据进行了对比。对比结果表明,考虑了玻璃骨架、弧框和橡胶垫片的有限元模型所计算得到的位移、应变曲线与试验实测曲线的一致性有了改善。最后,探讨了玻璃骨架、橡胶垫片的厚度和弹性模量对风挡抗鸟撞能力的影响规律,为风挡的抗鸟撞设计及改型提供参考。

某内河航道桥抗船撞安全性能评估分析

鉴于船撞桥事故频发,特别对于桥龄超过20年的内河航道桥,桥梁抗撞能力在设计阶段鲜有考虑,需要进行抗撞安全性能评估。通过Midas Civil、Xtract有限元软件建立分析模型,根据《桥梁抗撞设计规范》(JTGT 3360-02-2020)要求,结合实际通航船舶的情况,对某内河航道大桥通航孔桥墩进行抗撞性能分析。结果表明:桩柱式桥墩在300 t船舶撞击力偶然组合下强度及变形均不满足要求,在100 t船舶撞击力偶然组合下变形不满足要求。建议采取航道控制措施,降低通航船舶吨位、限止船舶通航速度,并设置防撞措施保障桥梁结构安全。基于分析过程,总结了桥梁抗撞安全性能评估的一般流程。

航空发动机风扇叶片的抗鸟撞设计

根据航空发动机结构特征和鸟撞后的风扇叶片损伤特征,提出风扇第一级转子叶片是发动机抗鸟撞关键零件,叶片前缘为抗鸟撞设计关键部位。建立一种风扇叶片鸟撞理论分析方法,研究撞击工况、结构参数与鸟撞过程、损伤模式、损伤程度的关系,提出前缘角度是抗鸟撞能力关键结构参数。当撞击工况确定后,前缘角度决定了撞击形式和叶片损伤模式,影响损伤程度。采用显示动力学仿真分析方法,设计了一种带前缘特征的模型,对前缘角度的影响规律进行了验证,并开展了实际风扇叶片改进设计,改进后的叶片被鸟撞击后变形减小最少33%,抗鸟撞击能力明显提升。

超高车辆-桥梁上部结构碰撞的破坏模式与荷载计算

为改进桥梁设计,提高桥梁上部结构抗撞能力,研究了超高车辆-桥梁上部结构碰撞机理;基于事故调查和有限元模拟,对典型的超高车辆-桥梁上部结构碰撞事故进行了仿真,分析了桥梁上部结构在超高车辆撞击下的位移响应和破坏模式,并对撞击荷载计算方法进行了讨论。结果表明:桥梁上部结构在超高车辆撞击下的破坏模式包括整体型破坏和局部型破坏,可以基于简化半正弦撞击力时程对其进行设计。

民用飞机鸟撞研究现状

鸟撞事故是近年来对民用航空威胁较大的事故之一,民用飞机鸟撞研究已经渐渐成为各国学者研究的新热点。本文详细介绍了民用飞机鸟撞研究的现状。总结了近年来鸟撞事故所造成的损失,列举了一些航空大国的航空管理部门针对鸟撞作出的适航管理规定。对于鸟撞问题的研究,从鸟撞过程的理论分析研究、数值模拟研究和试验研究3个方面进行了综述。对于近些年国内外的飞机抗鸟撞设计,主要包括新材料的运用以及新的结构形式的运用,进行了详细介绍。最后,对未来民用飞机抗鸟撞研究的发展作了展望。

新型点阵夹层防撞梁与负泊松比吸能盒复合总成开发与吸能性能

为高效解决车身结构抗撞性和轻量化同步实现的难题,以乘用车前防撞梁与吸能盒为例,将点阵夹层结构与负泊松比结构用于其设计,并考察新型复合总成的吸能性能。以传统高强钢方案作为对标基准,获取待开发总成的性能设计依据。基于高强钢总成40%重合率碰撞试验,完成有限元模型的精度验证,进而获得全宽碰撞的结构响应特征及吸能参考数值,用于指导新型总成的开发。通过数值模拟算例,分析新型复合总成对冲击输入能量的适应性及吸能量对负泊松比吸能盒壁厚的敏感性,从而提出增加吸能盒封板与防撞梁支撑的改进方案。改进后的点阵夹层防撞梁具有更佳的承载刚度与载荷传递能力,总成变形模式愈加合理;改进前、改进方案1与改进方案2的总成吸能量分别占输入总能量的11.5%、68.2%与92.76%,高于高强钢方案的64.09%;改进方案2较高强钢方案减重32.9%。复合前防撞总成的台车试验与仿真结果对比显示:输入能量、碰撞初速度、总成吸能量、平均压溃量、平均碰撞力与回弹速度等指标的偏差绝对值均小于5%。结果表明:采用点阵夹层结构与负泊松比结构后,新型复合总成的吸能性能与轻量化水平均优于高强钢方案,2类结构适合于车辆承载与吸能结构,复合总成的设计方法与开发流程适用于相关新型结构的开发。