纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体高速冲击损伤分析

纤维金属板蜂窝夹芯结构作为一种轻质航空结构,研究其抗鸟体高速冲击性能具有重要的现实意义。本文提出一种基于连续介质损伤力学的有限元模型,研究鸟体高速冲击下纤维金属板蜂窝夹芯结构的力学行为及损伤机理。采用光滑粒子流体动力学(Smooth particle hydrodynamics, SPH)法对鸟体类流体力学行为进行建模;采用Johnson-Cook模型模拟金属层冲击力学响应;采用三维Hashin准则,考虑应变率效应,模拟复合材料层板面内损伤演化;采用界面单元模拟层间分层现象。编写用户材料VUMAT子程序,实现基于ABAQUS/Explicit软件平台的数值求解。探讨鸟体速度、蜂窝高度和面板厚度对纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体冲击性能的影响,分析预应力条件下纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体高速冲击损伤特性,为夹芯结构鸟体冲击问题数值分析提供一定的参考。

钛合金包边复合材料风扇叶片的鸟撞数值仿真

为降低鸟体撞击航空发动机中带钛合金包边树脂基复合材料风扇叶片的试验成本,开展了数值仿真研究,为钛合金包边在航空发动机风扇叶片上的应用提供参考和依据。对风扇叶片进行简化,采用ABAQUS有限元软件构建了鸟撞带钛合金包边和不带钛合金包边的风扇叶片模型,其中,钛合金包边和复合材料叶片之间用粘结界面单元进行粘接,研究了不同鸟体冲击角度和速度下2种风扇叶片的损伤。结果表明:在鸟体冲击速度相同时,随着冲击角度的增大,风扇叶片的损伤增大且能量吸收率提高,在冲击角度也相同时,带钛合金包边的风扇叶片损伤更小且能量吸收率更高;在鸟体冲击角度相同时,随着冲击速度的加快,风扇叶片的损伤增大且能量吸收率提高;在鸟体冲击下,粘结界面单元最终发生拉伸破坏,在低速度冲击下还会发生剪切损伤。

一种适用宽速域冲击的明胶鸟弹数值建模方法

明胶鸟弹在不同撞击速度下表现出不同的响应特性。为解决传统明胶鸟弹本构表征方法在不同速度范围内不能通用的问题,开展了330 g明胶鸟弹以70~190 m/s速度、60°或90°入射刚性铝合金平板试验,记录了冲击力数据及撞击形貌。结果表明,随着撞击速度的提高,鸟弹碎裂得更充分,碎块体积减小。利用LS-DYNA建立了自适应FEM-SPH(finite element method-smoothed particle hydrodynamics)鸟体模型。依据试验结果反演得到一组鸟体本构参数:切线模量为1.33MPa,剪切模量为115.95MPa,Murnaghan状态方程参数γ为10.49,k_(0)为69.77 MPa,体积模量为246.4 MPa,失效塑性应变为1.15,初始屈服应力为0.21 MPa。仿真结果与试验结果具有很好的一致性,冲击力峰值的相对误差在2%以内,冲量的相对误差在10%以内。自适应FEM-SPH鸟体模型具有比SPH模型和拉格朗日模型更高的精度。由自适应模型得到的Hugoniot压强与理论结果具有相同的变化趋势,滞止压强与理论值较接近。

纤维金属层板鸟体高速冲击损伤预测及失效分析

考虑鸟体冲击对航空安全造成的潜在风险,针对航空结构中常用的纤维金属层板,基于连续损伤力学建立了非线性有限元模型,对其在鸟体高速冲击下的力学行为进行了研究。引入Mie-Grüneisen状态方程描述鸟体高速冲击下的类流体力学行为并采用光滑粒子流体动力学法(SPH)对鸟体进行建模。采用单向纤维增强复合材料本构模型编写VUMAT子程序对复合材料层内损伤进行预测。对于铝合金损伤和界面分层分别引入Johnson-Cook金属本构模型和双线性内聚力模型进行模拟。基于ABAQUS/Explicit显示求解模块,对纤维金属层板在不同鸟体质量和冲击速度工况下的动态响应进行模拟,分析了层板的损伤特性及材料的失效机理,为鸟体冲击纤维金属层板数值分析问题提供参考。

点阵构型对夹层结构抗鸟撞性能的影响

空心夹层叶片由于同时具备轻量化与吸能特性而被广泛应用于航空发动机设计,研究了四种不同点阵构型对填充式叶片等效模拟件的抗鸟撞能力的影响。通过均匀化方法给出四种点阵构型的等效刚度,然后基于随形自适应点阵填充结构的建模方法建立点阵填充的曲板模型,通过3D打印将单胞填充平板结构制造出来进行鸟撞试验并进行数值仿真。从变形机理和能量吸收的角度分析了四种不同单胞下填充结构的抗鸟撞性能,BCC具有更好的抵抗z方向挠度和面内y方向的褶皱两种变形的表现且相比于其他几种结构的吸能作用更优,所以BCC具有更好的抗鸟撞能力。

民机侧壁板抗鸟撞性能评估方法研究

【目的】抗鸟撞性能一直是飞机适航性的重要检验因素之一。为探究某民机机头侧壁板的抗鸟撞性能,采用铆钉失效占比评估法、能量法以及剩余承载力评估法这3种方法进行评估。【方法】通过PAM-CRASH软件模拟3种构型侧壁板的鸟撞情况,验证了数值模型的有效性,并基于3种试验件的鸟撞破坏情况对上述方法的可靠性进行评估。【结果】研究结果表明,铆钉失效占比越低表明结构的抗鸟撞性能越好;结构的铆钉吸能占比大小提升且蒙皮吸能占比大小降低时,结构的抗鸟撞性能得以提升;剩余承载力评估法能够定量化分析抗鸟撞性能,当损伤因子越低,其抗鸟撞性能越好。【结论】对侧壁板试验件抗鸟撞性能评估法的适用性与局限性进行总结,为后期民机的安全设计和研究开发提供有价值的参考。

基于风险矩阵法的合肥新桥国际机场鸟击风险评价

为了给机场管理部门制定长期的、靶向性的、动态的鸟击防范对策提供理论依据,通过对合肥新桥国际机场开展一整年的鸟类调查(2021年1月—12月,共记录鸟类22698只),发现鸟类17目49科171种,选取鸟类的体重、集群、数量、飞行高度和活动时间5种鸟击影响因子为评价指标,使用风险矩阵法评价不同鸟种的鸟击风险,划分了高、中、低3个鸟击风险等级及相应风险接受准则。评价结果表明:在机场活动的这些鸟类中,可导致高风险鸟击的有10种、中风险的有15种,其余的146种为低风险。将评价结果与机场2014—2021年间发生的、已知肇事鸟种的179起鸟击事件进行对比,显示评价为高风险的10种鸟,年均鸟击次数为1起·种^(-1),导致过3起鸟击征候;中风险的15种鸟则为0.4起·种^(-1),导致过1起鸟击征候;低风险的146种鸟低至0.04起·种^(-1),未导致过鸟击征候。说明本研究采用的风险矩阵法及选取的评价指标适用于合肥新桥国际机场的鸟击风险评价。评价结果为合肥新桥国际机场的鸟击防范工作提供了必需的基础数据。

航空发动机风扇叶片抗近真实鸟体冲击响应分析

在进行航空发动机风扇叶片鸟撞仿真分析时,一般将鸟体结构简化为圆柱体、胶囊体等规则模型进行计算,忽略了鸟体的真实生物结构特征,对最终的仿真结果会带来一定影响。为此,本文根据绿头鸭真实鸟体结构特征,构建了1.8 kg近真实鸟体的三维模型,采用有限元分析方法,开展了近真实鸟体在100 m/s的速度下撞击某型号涡轮风扇发动机叶片的动力学响应仿真分析研究。数值模拟结果表明:叶片在承受近真实鸟体撞击过程中轴向最大形变量达到叶片高度的14.3%,最大等效应力值达到了2000 Mpa,且主要集中在叶片前缘区域。

复合材料蜂窝夹芯板抗鸟弹高速冲击性能研究

为了研究复合材料蜂窝夹芯板在鸟弹高速冲击下的抗冲击性能,以及蜂窝夹芯材料在机械结构轻量化设计上的运用。通过有限元仿真软件LS-DYNA建立了模拟明胶鸟弹冲击含玻璃纤维增强复合材料和碳纤维增强复合材料面板、等效化NOMEX芳纶纸蜂窝芯的仿真模型。研究了芳纶纸和铝合金两种蜂窝材料、蜂窝芯胞元壁厚、复合材料面板和铝合金两种面板材料对蜂窝夹芯板的抗冲击性能影响。结果表明组件中蜂窝芯厚度和面板厚度对复合材料蜂窝夹芯结构抗冲击性能都有较大影响。同等结构参数下,铝蜂窝、铝面板对抗鸟弹高速冲击性能更好。等质量不同厚度时,复合材料面板和芳纶纸蜂窝抗冲击性能更好,更适合用于机械结构的轻量化设计。

上海化工区2种类型湿地鸟类群落结构差异及影响因素

为了检验上海化工区人工湿地和自然湿地鸟类群落结构差异,分析影响鸟类分布的关键因子,采用样点法对2种类型湿地的鸟类进行调查。结果显示:人工湿地鸟类总物种数(90种)和Shannon-Weiner指数(3.28)分别高于自然湿地(83种、2.97);但科-属多样性指数(0.681)低于自然湿地(0.686)。人工湿地的鸣禽种类(60种)比自然湿地(39种)多,自然湿地的猛禽(4种)、涉禽(25种)和游禽(8种)比人工湿地(1、19、2)多。人工湿地的鸣禽(2.915)和攀禽(1.088)的Shannon-Weiner指数分别高于自然湿地(2.171、0.861);自然湿地的陆禽(0.614)、猛禽(1.330)、涉禽(1.825)和游禽(1.672)的Shannon-Weiner指数分别高于人工湿地(0.530、0、1.819、0.300)。人工湿地的林鸟种类(69种)和Shannon-Weiner Index指数(3.030)高于自然湿地(50种、2.347),自然湿地的水鸟种类(33种)和Shannon-Weiner指数(2.429)高于人工湿地(21种、1.911)。自然湿地国家重点保护鸟类种类(7种)和Shannon-Weiner指数(1.482)均高于人工湿地(2种、0.562)。负二项回归分析显示,硬质地面积与鸟类种类和数量均显著负相关,乔木种类与鸟类种类、水面积与鸟类数量均显著正相关。建议减少硬质地面积,提高自然湿地乔木和灌木面积,控制人工湿地芦苇扩张。

论宋代花鸟画与现代粉彩花鸟瓷画的关系

在粉彩瓷绘发展过程当中,出现过很多题材,其中花鸟画题材属于一个最为常见以及最为引人注目的题材。通过对现代粉彩花鸟瓷画进行研究,能够发现其无论从表达技法、色彩还是在画艺上,均可以看到传统花鸟画的一些痕迹,尤其是对宋代花鸟画有着非常深的借鉴以及运用痕迹。为此,文章先是对花鸟画做出了简要介绍,同时分析了宋代花鸟画对现代花鸟画的影响,并基于此探讨了宋代花鸟画与现代粉彩花鸟瓷画之间的关系,以此助推现代粉彩花鸟瓷画不断向好发展。

蜂窝夹芯雷达罩抗鸟撞冲击性能仿真分析

在雷达天线罩抗鸟撞冲击响应有限元分析中,为了有效克服有限单元法在模拟鸟体局部大变形计算中的不稳定性以及更好地模拟鸟体铺展、飞溅效果并提高鸟体与天线罩接触区域的计算精度,需要采用FEM-SPH耦合方法模拟鸟体高速撞击天线罩的动态力学响应过程。文章分别采用FEM、SPH和FEM-SPH耦合方法对1.8 Kg的鸟体以150 m/s的相对速度撞击天线罩三明治夹芯结构的不同位置开展了有限元仿真研究。仿真结果表明,FEM-SPH耦合方法能够充分发挥FEM法和SPH法各自的优势,能更精细地描述鸟体撞击到天线罩上的变形、失效以及铺展过程。进一步研究发现,泡沫铝夹芯层材料在吸能方面起着主要作用,且鸟撞位置对天线罩的整体变形具有显著影响,鸟撞最危险位置发生在雷达天线罩正面中心靠下位置,此时最大位移为123.5 mm,为上部位置最大位移值的1.8倍。

复合绝缘子伞裙护套材料耐冲击力学特性研究

鸟啄复合绝缘子为输电线路的安全运行带来了严重的隐患。为进一步理解材料特性与鸟啄损伤程度之间的关系,文中基于冲击动力学理论,对复合绝缘子的伞裙护套材料的耐冲击力学特性进行了研究。建立了包含材料弹性模量、密度、泊松比、鸟嘴形状系数等相关参数的复合绝缘子鸟啄冲击模型。模型根据鸟啄速度分为弹性变形、塑性变形与流体变形3个阶段,描述了复合绝缘子伞套材料的鸟啄深度与鸟啄速度之间的关系。设计了模拟鸟啄的人工冲击试验,以硅橡胶与脂环族环氧树脂两种伞套材料为例,对比了两种材料的耐冲击特性。结果发现,硅橡胶伞套材料随冲击高度的增加,经历了弹性变形至塑性变形阶段。鸟啄冲击模型可以很好的描述硅橡胶材料所受冲击速度与冲击深度之间的关系。脂环族环氧树脂材料的冲击过程同样存在弹性、塑性变形阶段,但最终以裂纹扩展断裂形式开裂,与鸟啄冲击模型中侵入深度逐渐增加最终贯穿的过程不符,因此不适合该模型。相较于硅橡胶材料,脂环族环氧树脂伞套材料具有更好的耐冲击力学特性,更能抵御鸟啄侵害。

碳纤维叶片的鸟弹冲击响应及损伤

通过实验和数值模拟研究了T300碳纤维叶片的抗冲击性能,探讨了碳纤维叶片的变形损伤模式及纤维层数对叶片抗冲击性能的影响。采用明胶鸟弹对不同层数碳纤维叶片开展了冲击实验,基于宏观连续损伤力学理论和Hashin失效准则针对碳纤维材料的失效形式编写了用户材料(vectorized user-material,VUMAT)子程序,采用光滑粒子流体动力学方法模拟明胶鸟弹,运用ABAQUS有限元软件对不同层数碳纤维叶片的动态响应过程进行了数值模拟,在鸟弹冲击过程中叶片变形、鸟流状态、冲击持续时间等方面,模拟结果与实验结果吻合较好。在鸟撞叶片初始冲击阶段,三种不同层数的叶片都有较大的变形,且叶片的变形模式相近;在冲击衰减阶段与恒流稳定阶段,不同层数碳纤维叶片的挠度与断裂位置都有较大差别。在鸟弹冲击叶片过程中,叶片以弯曲和扭转耦合变形模式为主,其中弯曲变形对其损伤破坏起主导作用。实验结果表明,碳纤维叶片损伤模式主要表现为:(1)叶根部边缘损伤,(2)叶根部完全断裂,(3)叶根部与叶顶部完全断裂。碳纤维抗冲击性能受层数的影响较大,通过实验和数值模拟对鸟弹冲击叶片进行机理分析,可为碳纤维叶片的工程设计和应用提供参考。

风电建设对鸟类迁徙的影响——以青山风电场为例

风力发电是目前最具发展前途的可再生能源之一,在缓解能源危机、扭转气候变化、控制污染排放中发挥着重要作用。但不容忽视的是风电建设对鸟类造成的负面影响。为了解安徽池州市东至县青山风电场项目对候鸟迁徙的影响,采用样线法在评价范围内进行了调查,统计分析了区域内鸟类多样性,对建设区域及周边鸟类产生的影响进行了分析。结果表明:风电场建设对项目周边鸟类影响主要来自项目施工建设的人为干扰、噪声惊扰、地面作业对鸟类栖息地的破坏及光源影响包括一些本地留鸟、旅鸟和一些迁徙的迷鸟以及一些大型猛禽具体可能的影响。同时,从风电场选址、风机外表等多方面提出了降低对鸟类影响的保护建议以及切实可行的保护对策。总的来说,青山风电场对候鸟的影响在可控范围内。

防鸟光缆的测试方法探讨

本文通过文献资料了解到啄木鸟啄取冲击的特点以及相关参数,设计仿啄木鸟鸟喙的工装,采用仿生工装对4个型号光缆的抗鸟啄冲击性能进行试验验证,探索光缆抗鸟啄性能的测试方法。

鸟撞击风扇转子叶片损伤模拟与试验研究

为了研究航空发动机吞鸟时风扇叶片受到的损伤,开展鸟撞击旋转状态下发动机风扇叶片损伤数值模拟和试验研究。采用SPH方法,使用PAM-CRASH软件对鸟撞击旋转状态下风扇叶片进行了数值模拟,得到了鸟撞击风扇叶片过程:风扇叶片前缘撞击并切割鸟体、叶片盆侧撞击鸟体切片和叶片恢复变形,详细分析了鸟撞击对风扇叶片前缘、叶身、尾缘、凸肩造成的损伤,以及损伤对发动机的影响。设计并开展了旋转状态下鸟撞击风扇转子试验,得到了旋转状态模拟鸟撞击风扇过程,以及旋转状态下鸟撞击风扇实际的损伤类型,撞击过程和损伤类型与数值模拟结果一致。数值模拟和试验结果表明,鸟撞击风扇主要过程为叶片前缘撞击切割鸟体,主要损伤为风扇叶片前缘变形、撕裂、掉块和凸肩工作面错位、掉块,风扇叶片抗鸟撞击的薄弱部位为风扇叶片前缘和凸肩工作面。

飞机前风挡鸟撞动力响应分析

采用 DYNA3D有限元分析程序 ,对飞机前风挡进行了全面的鸟撞分析。通过选取合理的载荷形式、加载过程及力值 ,可以采用解耦解法来计算风挡的鸟撞动力响应问题。风挡的鸟撞区域应力最大 ,主应力的最大值沿风挡短跨度方向。胶片特性对风挡抗鸟撞能力影响显著 ,胶片层弹性模量和玻璃层差 1～ 2个数量级时 ,结构只有一个中性层 ;相差接近 3个数量级时 ,结构出现多个中性层。计算模拟分析结果和试验结果吻合较好 ,可用于分析、设计其它风挡玻璃的抗鸟撞能力。

基于ANSYS/LS-DYNA的飞机机翼前缘抗鸟撞分析

飞机的鸟撞事故是一种突发性和多发性的飞行事故,轻则飞机受损,重则机毁人亡,飞机结构的抗鸟撞设计与分析已经成为飞机设计中必须要考虑的重要内容之一。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对飞机机翼前缘结构的抗鸟撞能力进行了数值分析,分析结果表明:与经验公式计算结果相比,文中的计算结果较好,误差范围一般在±10%左右,最小误差仅为0.4%。证明该计算模型可靠,计算精度高,可用于飞机结构的抗鸟撞结构设计与分析。

2024-T3铝合金动力学实验及其平板鸟撞动态响应分析

通过电子万能试验机和分离式霍普金森拉杆(SHTB)拉伸试验分别获得2024-T3铝合金材料准静态和高应变率两种应变率下的应力-应变曲线。铝合金材料的本构关系由能够反映材料硬化效应和应变率强化效应的Johnson-Cook材料模型描述,方程中的4个参数通过不同应变率下的应力-应变曲线拟合得到。基于瞬态动力学软件PAM-CRASH,结合材料动态力学性能试验所获得的2024-T3铝合金Johnson-Cook模型方程,耦合光滑粒子流体动力学(SPH)方法和有限元(FE)方法建立2024-T3铝合金平板的鸟撞数值模型,数值计算所得动态响应与鸟撞试验结果吻合较好,表明建立的鸟撞数值计算模型是合理、可靠的,整个分析流程从材料动态力学性能试验、鸟撞数值计算到最终的鸟撞试验验证为飞机结构的抗鸟撞设计与分析提供了有力的参考。