空空导弹威胁下某型飞机的战伤计算与仿真

为获取飞机在导弹打击后的毁伤状态及战伤数据,指导军队战时战伤抢修和战场备件筹措,有效恢复作战能力,本文建立某型主战飞机的易损性模型、结构件模型及相关计算模型,分析了飞机在破片型战斗部打击下的生存力及损伤情况.计算结果实施了地面实弹打击试验及战伤抢修训练,为战伤飞机进行战伤模式分析、战伤评估和抢修方案的制定提供了重要依据,提高了飞机持续作战能力.     

《强激光对飞行器的毁伤效应》图书出版

北京强度环境研究所专家李清源编著的图书《强激光对飞行器的毁伤效应》由中国宇航出版社在2012年9月出版。本书结合宇航飞行器结构的特点,对国内外定向能强激光武器与其辐照引起的效应的研究工作进行了比较系统的整理与总结,以宇航飞行器结构常用的典型材料与结构元部件为研究对象,借助于实验（数据）与理论（分析、模型）,研讨材料和结构在激光辐照下的毁伤模式、机理与毁伤阀值,评估其生存能力与加固技术措施,并提出了激光辐照试验缩比相似准则——Ⅱ定律。     

小口径武器膛口流场可视化实验

开展发射条件明确的高分辨率膛口流场可视化实验,对深入揭示膛口流场的发展机理、改善武器性能、验证数值方法的可行性等方面具有重要的现实意义.分别在光膛口及安装不同膛口装置条件下,采用直接阴影法对小口径武器膛口流场进行了可视化实验,获得了大量清晰地高分辨率时序阴影照片.这些照片清楚地再现了各条件下的冲击波/激波、弱压缩波、接触间断、射流边界等在内的典型膛口流场特征.据此,详细讨论了不同条件下的流场结构及动力学发展过程.这些可为数值计算及相关武器研究提供直接的实验对照和参考.     

汽车炸弹爆炸作用下的刚性防爆墙设计方法（英文）

防爆墙可以阻挡袭击车辆的行进,在一定程度上削减爆炸冲击波的威力。然而现有研究大多集中于冲击波的传播和防爆墙对冲击波传播的影响方面,缺乏防爆墙主要设计参数分析。为此,本文采用有限元程序LS-DYNA设计防爆墙,通过建立几种不同网格尺寸的有限元模型,探讨有限元模型的收敛性,并经模型验证确定防爆墙模型的最终网格尺寸。最后,通过数值模拟得到了冲击波在防护建筑表面的超压分布,以进行防爆墙的设计。设计过程中首先确定了防爆墙的几何参数,然后重点讨论了安全距离对建筑物表面超压的影响,并最终确定防爆墙的设计参数。模拟结果表明:当超压小于2 kPa时,建筑外墙玻璃不会产生飞溅破片对人体造成伤害,因此将其作为设计准则。确定后的防爆墙高度取3 m,厚度取1 m,安全距离取35 m。按所提的防爆墙设计方法得到的设计参数可作为设计参考。     

陶瓷基复合材料双剪切性能的声发射特征研究

针对陶瓷基复合材料结构损伤声发射监测模式识别及强度评估问题,利用圆柱形试样双剪切试验获取破坏过程典型的声发射波形信号,采用傅立叶和时频分析等手段,获得声发射信号特征,发现同批次试样在不同加载条件下的损伤演化规律不同.分析声发射信号历程变化特征,在典型高幅值信号下,小幅值声发射信号代表了不同的损伤模式;纤维铺层与加载方向...     

基于寿命包线的飞机金属结构寿命预测方法

飞机结构寿命包线是飞机结构在安全使用条件下疲劳寿命与日历寿命的边界线;在其概念的基础上,考虑疲劳寿命与日历寿命的相互影响关系,提出了通过预腐蚀疲劳试验确定飞机结构寿命包线的腐蚀影响系数法,建立了典型服役环境下飞机金属结构腐蚀疲劳关键件的剩余寿命预测方法,并给出了在飞行强度变化条件下的剩余寿命预测实例。飞机结构寿命包线确定方法与剩余寿命预测方法的建立,为飞机结构单机寿命(疲劳寿命与日历寿命)监控奠定了基础。     

轻型无人机与飞机风挡碰撞风险研究（英文）

随着无人机应用的快速增长,机场附近和空域已发生了很多重大航空事故和危险征候,无人机的无序飞行对航空运输安全构成了巨大的潜在威胁。以典型轻型无人机和某型商用飞机及其风挡为研究对象,通过有限元仿真方法得到无人机在最严酷姿态下与飞机风挡最薄弱位置碰撞损伤等级及相应的冲击能量区间,以此保守划分损伤严重性等级。在无空中交通指挥干预的情况下无人机与飞机相互独立运动,考虑两机之间的水平最小安全间隔、侧向最小安全间隔以及垂直最小安全间隔的联合约束,通过蒙特卡洛仿真得到无人机与飞机的碰撞概率,并确定碰撞可能性等级。基于损伤严重性等级和碰撞可能性等级的不同组合形成无人机与飞机风挡碰撞的较为保守的定性风险矩阵。研究结果总体表明:在120 m飞行高度下,两机距离超过3 600 m且在典型的俯仰角和航向角工况下发生碰撞风险及其损伤程度较小,否则发生碰撞风险较大且损伤程度较严重。研究结果为无人机的规范性设计制造、局方对无人机运行管控的政策制定以及无人机与载人飞机在同一空域运行的风险评估提供理论依据和实践参考。     

冰粒超高速撞击蜂窝板的数值模拟研究

随着人类航天活动日益增多,空间碎片环境逐渐恶化,对航天器在轨安全运行造成严重威胁,各国学者开展了空间碎片超高速撞击数值模拟研究。目前的研究中一般采用铝弹丸代替空间碎片,但是还有部分空间碎片的密度接近冰的密度,对于冰粒的超高速撞击研究还很少且不透彻。蜂窝板是构成航天器舱壁的主要结构,对航天器内部设备起到保护作用,有必要开展冰粒超高速撞击时对蜂窝板损伤情况的相关研究工作。本文对冰粒超高速撞击蜂窝板开展数值模拟研究,研究冰粒对蜂窝板的损伤情况。研究结果表明,冰粒在一定条件下能够击穿蜂窝板,大量冰粒碎片和蜂窝板碎片将从蜂窝板背面的孔洞中高速冲出,势必对航天器内部设备造成毁伤;在冰粒动能相差不大的情况下,冰粒尺寸和蜂窝板结构将成为影响冰粒撞击效果的主要因素,直径较大的冰粒对蜂窝板的损伤程度较严重。     

加载速率对复合材料拉伸力学性能影响研究

复合材料结构在特殊载荷作用下表现出不同的力学承载性能,这一因素将对其在不同速度载荷作用下的力学性能造成一定的影响,了解并研究复合材料结构在不同加载速率作用下的力学性能及内部缺陷和损伤演化规律,对于正确评估其承载性能具有现实意义。对同批次玻璃纤维编织复合材料试件进行三种加载速率作用下的拉伸力学性能试验,通过研究复合材料试件承载性能、损伤状态与加载速率的关系,分析了内部损伤演化对承载能力的影响。采用声发射技术监测复合材料试件损伤过程,分析了声发射信号能量与加载速率的关系,同时从声发射波形历程和破坏时声发射信号特征角度分析了玻璃纤维编织复合材料损伤演化规律。结果表明,随加载速率的增加试件抗拉强度增大;加载速率高低影响复合材料内部损伤的扩展行为,在较低的加载速度下,内部损伤有较长的时间进行充分扩展,从而使复合材料结构的完整性降低,表现为破坏时的部分结构承载;在较高的加载速率下,内部损伤扩展不均匀,反而保持了复合材料结构的相对完整性,表现为较高的拉伸强度。     

基于FEM-SPH自适应耦合方法的蓝宝石DOP性能研究

为了提高弹丸侵彻类高速冲击仿真的精确度，本文利用有限元法（Finite element method, FEM）-光滑粒子流法（Smooth particle hydrodynamics, SPH）自适应耦合模型对蓝宝石侵彻深度（Depth of penetration,DOP）实验过程开展了数值模拟研究。通过DOP实验，验证了该算法下仿真模型的准确性，并对比了传统FEM算法和FEM-SPH固定耦合算法仿真模型的计算结果。研究表明，FEM-SPH自适应耦合算法在计算精度上有明显优势。     

复合材料补片参数对修理后金属结构疲劳性能的影响

为评估复合材料补片参数对修理后金属结构疲劳性能的影响,本文基于复变量Green函数方法,利用AF-GROW软件建立了复合材料补片胶接修补损伤飞机金属结构裂纹扩展寿命分析模型.研究结果表明:(1)该模型精度较高,可以满足工程要求;(2)修理结构的裂纹扩展寿命随着补片宽度的增大而增加,但增幅越来越小,寿命变化曲线趋于平稳,(3)由于无法考虑脱粘扩展,结构修理后的裂纹扩展寿命随补片厚度只呈现上升趋势;(4)在可达性满足的情况下,宜对含裂纹结构进行双面修理.     

混凝土房屋结构靶的超高速撞击特性研究

为了研究动能武器对混凝土类目标的毁伤效果,采用试验和数值仿真手段,对钨合金弹丸超高速撞击混凝土房屋结构靶进行了研究,探讨了混凝土房屋结构靶在超高速撞击条件下的毁伤特点。试验所用的钨合金弹丸重35g,长径比为5,撞击速度2.5km/s;混凝土房屋结构靶抗压强度34.4MPa。研究发现:在开展的试验条件下,房屋结构靶顶层板和底层板被穿透,未发生解体破坏;靶体中加筋对靶体的穿孔大小及结构破坏没有明显的降低作用;速度2.5km/s的弹丸经撞击40mm厚混凝土板后的速度降到2.0~2.3km/s 范围内;弹丸超高速撞击混凝土房屋结构顶层板形成的碎片云速度较高,部分碎片对人员具有较强的杀伤效果,该部分碎片的扩张角为23°,在底层板上的分布范围大于穿孔大小。     

飞机双垂尾载荷自平衡校准

利用研制的能够远距离、大跨度双向加载、可移动的专用液压加载设备,对飞机双垂尾加自平衡载荷进行校准研究。通过对结构受载的分析,简化了结构受载情况,论证了飞机双垂尾的左右两部分加平衡载荷同时进行校准的可行性。使用该技术,不用搭建承力架和复杂地固定飞机,而只需通过地面人工操作即可对双垂尾的左右两部分同时进行校准,能够大大降低飞机垂尾载荷校准试验的难度、风险和成本,对其它飞机此类结构的载荷校准具有一定借鉴作用。     

激波过弯道绕山坡对三维物体的冲击效应研究

采用全息干涉技术在高速流态试验装置 (激波管 )上研究了激波过弯道绕山坡到达三维物体的整个过程的流场 ,还采用传感器压力测量技术对三维物体表面的压力分布进行了定量测量。结果表明 ,激波对三维物体与山坡的接合部、物体背风面及其拐角位置的影响是最大的 ;对于研究爆炸冲击波在复杂地形下对建筑物的冲击载荷有重要意义。     

基于连续损伤模型的复合材料波纹梁压溃分析

复合材料的耐撞性受到了广泛重视,而波纹梁因其优异的抗屈曲构型被广泛应用于飞机翼梁和直升机底板等经常发生碰撞的结构中。进行了复合材料波纹梁的屈曲分析,研究了高度对波纹梁破坏模式的影响。建立复合材料波纹梁的连续损伤单波模型,层内基于Hashin判据建立含损伤因子的损伤刚度矩阵,层间根据二次名义应力准则和B-K准则模拟损伤演化,并通过典型复合材料波纹梁压溃试验验证了所建立模型的正确性。基于单波分析模型,通过施加周期性边界条件和反对称边界条件,研究了多波结构的吸能特性。     

动静态载荷下光纤光栅传感器敏感特性研究

针对航空航天领域板结构动静态载荷监测需求,研究了基于铝合金板结构的光纤光栅（Fiber Bragg grating,FBG）传感器感知特性。从静载监测角度,得到光纤光栅传感器中心波长偏移量与加载距离、载荷大小和加载角度的对应关系。从动载监测角度,分别得到在不同加载距离和不同加载夹角的载荷作用下,光栅中心波长最大峰值幅度和基于小波包分解的能量谱特征随冲击载荷属性变化的响应特性。研究表明在动静态载荷作用下,光纤光栅传感器中心波长偏移量随加载载荷的增大而呈现良好的单调递增关系。此外,光纤光栅传感器还具有较好的载荷 方向敏感特性,传感器响应灵敏度随着加载夹角增大而逐渐提高。这些特性能够为进一步开展基于光纤光栅传感器的板结构动静态载荷辨识与损伤监测提供有益帮助。     

表面开口矩形缺陷兰姆波散射的边界元模拟

本文介绍了边界元法与兰姆波本征模式函数相结合的混合边界元法理论模型,用混合边界元法计算了铝板中A0模式兰姆波在表面开口矩形缺陷上的散射.通过数值计算,给出了不同频率下的模式转换特性和散射系数,并给出板中兰姆波传播和裂纹对兰姆波散射的波场快照,本文的研究工作对板状结构兰姆波无损检测技术的研究具有参考价值.     

腐蚀环境下LC4铝合金疲劳累积损伤的竞争模型

本文进行了多种“疲劳 腐蚀”模式的损伤累积试验,研究了“机械载荷”和“腐蚀载荷”的相互影响,提出了腐蚀环境作用后疲劳累积损伤的竞争模型。与试验结果的比较表明在“疲劳 腐蚀 疲劳……”的加载模式下竞争模型与试验结果吻合较好。     

钢球对肥皂靶的撞击试验

为研究投射物对生物体的致伤效应,采用肥皂作为生物体模拟物,开展了Φ3.0mm 的钢球高速(0.96和1.88km/s)及超高速(3.52和4.98km/s)撞击肥皂靶的试验,获得了肥皂靶在钢球撞击下的损伤特征及其破坏规律。结果表明:高速试验条件下,钢球对肥皂靶的损伤主要表现为贯穿效果;超高速试验条件下,钢球撞击肥皂靶形成大尺寸半球形弹坑,其对肥皂靶的损伤表现为2个方面:一是大尺寸弹坑导致的“体积移除”,二是受超高速撞击的强烈冲击波影响,肥皂靶的破坏区域大于弹坑区域。     

中心开孔加筋壁板压缩性能研究

为了研究飞机结构中不同开孔尺寸加筋壁板在压缩载荷下的屈曲行为和后屈曲行为,本文设计了相应的试验方法和试验夹具,完成了壁板压缩试验。得到了不同开孔尺寸加筋壁板的屈曲/破坏载荷、失稳过程及破坏模式。结果表明：加筋壁板的屈曲模式是筋条间蒙皮和筋条外蒙皮发生相反的变形,且屈曲模态随载荷的增加发生多次跳变;加筋壁板的压缩破坏模式是在屈曲变形的基础上筋条伴有明显的变形。针对不同开孔尺寸的加筋壁板进行压缩加载有限元仿真,得到的屈曲与破坏模式和试验的吻合,屈曲/破坏载荷与试验结果的误差在4%以内,验证了有限元模型的有效性。随着开孔尺寸的增加,加筋壁板的屈服载荷先缓慢减小后快速增大;壁板的破坏载荷逐渐减小,最终结构失去后屈曲承载能力。