靶板抗轮盘碎片撞击能力的数值模拟

为研究机匣抵抗轮盘碎片撞击的能力和破坏方式,找到机匣结构优化设计的方法.用显式非线性动力学软件Dytran计算1/3轮盘碎片与单层和双层靶板的撞击过程.碎片及靶板均选用Johnson-Cook材料本构模型,结合Gruneisen状态方程.撞击过程基于Lagrange算法采用显式有限元计算.结果发现,靶板主要破坏方式为整体塑性变形、剪切撕裂和拉伸断裂;间距较大时双层靶板的弹道极限速度随间距的增加而增大;前靶板厚度比例较小或较大时弹道极限速度较大;单层靶板的抗击穿能力优于厚度均布的双层靶板.因此,通过对双层靶板的厚度和间距进行合理的搭配,能达到比同等厚度的单层靶板更好的抗击穿性能.      

镍基合金薄板不同温度下的弹道冲击行为

为研究航空发动机机匣在高温下的包容性能力,通过实验和数值模拟研究25℃和600℃下GH4169合金薄板受球型子弹冲击后的变形行为。弹道冲击实验通过轻气炮实施,子弹以不同初始速率冲击靶板。分析温度和冲击速率对靶板的变形、临界击穿速率、破坏变形模式以及能量吸收的影响。结果表明:高温下靶板的变形更大,靶板被击穿所吸收的能量更小,临界击穿速率更小;高温下靶板被穿透后由弯曲作用引起的花瓣状变形更明显。数值模拟研究通过有限元软件LS-DYNA实施,数值模拟中选用Johnson-Cook本构模型。采用高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对GH4169高温合金进行测试,获得了材料在高温高应变率下的力学特性并拟合了Johnson-Cook本构模型参数。数值模拟研究的结果和实验结果进行了对比,显示了良好的一致性。     

复合材料管形件冲击试验仿真

本文采用大型非线性动力学有限元分析程序(MSC/Dytran)建立复合材料管形件有限元模型,对管形件冲击试验过程进行了计算机仿真分析。     

平板条叶片撞击靶板的数值仿真研究

建立有限元模型,对平板条叶片以不同角度和初始速度撞击矩形靶板的过程进行了数值模拟。分析了撞击过程中叶片与靶板的变形以及能量变化情况,以及撞击角度的影响,得到了撞击过程中平板条和靶板的变形及能量变化规律。模拟结果表明,撞击角度对靶板被击穿时的临界速度有着显著影响,角度越小,临界速度越大;靶板刚好被击穿时,靶板吸收的形变能出现局部峰值。     

航空发动机复合材料机匣弹道冲击特性

为获得复合材料作为风扇包容机匣时遭受叶片冲击载荷时的动态响应、损伤与失效模式,在空气炮装置上使用叶片形弹体对Kevlar织物层合板开展了弹道冲击试验,结果发现:复合材料靶板厚度提高25%,复合材料靶板吸收的能量提高约92%;随着叶片弹体速度的增加,复合材料靶板的损伤破坏逐渐严重,从轻微的压痕,转变为横向和纵向裂纹与分层损伤,再转变为矩形穿孔,同时靶板背面出现纤维断裂、纤维拔出与分层失效等现象;在叶片弹体撞击下,靶板上在与弹体接触的局部区域形成鼓胀变形,并在弹体击穿或反弹后发生变形回复;叶片弹体的横滚角将导致叶片的作用范围增大,使得靶板抗冲击性能有所提高。      

某飞机机身框段缩比模型坠撞分析

运用MSC．Dytran的显式算法对某飞机机身框段的1／5缩比模型进行了瞬态有限元数值仿真分析,并与NASA技术报告中的分析结果和试验值进行了比对,证明了建模方法的可靠性。     

飞机座椅复合材料面板抗冲击性能

复合材料由于具有较大的比强度和较高的比刚度、抗冲击性能好、材料性能可设计等特点，应用于航空结构中可以显著地减轻结构重量，改善结构的力学性能。利用MSC．Dytran有限元软件对飞机座椅复合材料面板结构进行高速冲击响应分析，并将分析结果与试验结果进行比较，结果表明：A类复合材料板具有较好的抗冲击性能。     

双层陶瓷复合靶板抗弹性的研究

 基于小型穿甲弹垂直侵彻陶瓷 /铝合金薄板动力响应理论模型,分两种情况对靶板的优化配置进行了讨论。一种情况是在给定靶板面密度条件下,模拟了弹道极限速度随优化系数的变化曲线;另一种情况是在给定弹道极限速度条件下,模拟了面密度随优化系数的变化曲线,给出了不同靶板的最适优化系数,并通过试验加以验证,计算结果与试验结果的一致性较好。     

染色标志弹入水砰击数值模拟

染色标志弹在入水冲击过程中破裂并释放出染料,该过程是一个包含了多重流固耦合效应并且需要考虑耦合面失效行为的非线性瞬态动力学问题。采用MSC Dytran,研究了标志弹的入水冲击行为,建立了多个弹体冲击动力学分析模型,通过对比分析,探讨了标志弹预设凹槽个数和位置、弹体入水速度和角度等参数对标志弹冲击过程的影响规律,揭示了标志弹最小入水速度、染料释放的裂口位置及大小与入水角的非线性关系,为标志弹结构设计和试验设计提供了理论参考。     

飞机加强蒙皮在12．7mm弹丸撞击下的损伤

为了研究飞机蒙皮在12．7mm标准机枪弹丸射击下的损伤，对3mm厚LY12-CZ材料的单蒙皮及其加筋板在实验室进行了模拟弹击试验．通过试验研究，一个由高速气炮，弹体与弹托分离机构、连续位移激光测速装置和弹丸回收装置被建立并有效的用于本文的弹丸正撞击试验。通过对四边固支的3mm厚蒙皮用12．7mm直径弹丸进行从速度从约60到300m／s的正撞击试验，结果表明，靶板从微小损伤到完全击穿；弹击造成的变形区有效直径随着弹丸速度的增大而呈幂指数趋势下降；弹击引起的变形深度随弹丸撞击速度增加而呈直线下降：靶板上的应变随弹丸速度增加而呈渐进降低。弹丸的剩余速度随弹丸撞击速度增加而呈直线上升．最后利用DYNA3D程序对单蒙皮及其加筋板进行了弹击数值模拟．模拟结果与弹击试验结果较吻合．     

MSC．Dytran在坠撞仿真中的应用

介绍了MSC．Dytran在坠撞仿真中的应用。从国外和国内的案例可以看出，用MSC．Dytran能较快较好地解决飞机坠撞问题。     

实体元空心叶片鸟撞流固耦合 研究及数值模拟

针对大涵道比航空发动机工作过程中常见的鸟撞问题,基于MSC.Dytran软件,研究了实体元平板鸟撞流固耦合数值模拟方法;在此基础上,建立了鸟撞实体元空心叶片转子级有限元模型,模拟了叶片遭受鸟撞发生失效的过程,并进行相应计算。结果表明:鸟体密度、叶片的屈服应力和硬化模量对叶片初始撞击应力响应峰值的影响较大,且屈服应力和硬化模量的增加分别会提高和减小恒定流动的应力峰值;鸟体体积模量对叶片应力响应的影响较小;叶片的弹性模量的增加对叶片初始撞击应力响应峰值的影响较小,但会显著提高恒定流动的应力峰值。     

直升机主桨叶的鸟撞有限元数值模拟

以某型直升机主桨叶为例,使用瞬态动力学分析软件(MSC.Dytran),采用先进的任意拉格朗日-欧拉(ALE)流固耦合算法,进行鸟撞过程的数值模拟.模拟结果表明:撞击过程中的最大应力达到199MPa,没有超出桨叶材料的屈服极限.研究结果为桨叶的抗鸟撞损伤设计提供了参考.      

基于MSC．Dytran的带人体的农林5A型飞机结构纵向坠撞仿真分析

农林5A型飞机是按照CCAR-23研制的通用飞机,需分析其抗坠撞性能。本文运用MSC．Dytran对带假人的农林5A型飞机结构进行了纵向坠撞分析,并与试验结果进行了对比,两者基本相符。试验表明,数值仿真分析方法有利于提高设计效率、降低研制费用、缩短研制周期。     

航空发动机叶片包容模拟试验与数值仿真研究

为研究航空发动机机匣对断裂叶片的包容性,进行了高速飞断平板叶片撞击同心圆筒的试验,并利用MSC．Dytran软件仿真计算了试验过程。经对比,计算结果和试验结果吻合性较好。通过对结构塑性动力学响应和叶片变形过程的分析,指出了叶片断裂时的不同转速对撞击过程及结果的影响。     

材料参数对叶片鸟撞动响应影响数值模拟

基于鸟撞铝板的试验结果,用MSC.Dytran软件验证了计算模型的可行性。在此基础上,建立了鸟体正撞击平板叶片的有限元模型,计算了叶片的材料参数对平板叶片鸟撞动响应的影响。     

穿盖弹射分析与虚拟仿真平台研究

建立了战斗机穿盖弹射救生动力学分析模型,并对穿盖碰撞过程涉及的理论问题进行了描述。通过瞬态动力学工具MSC Dytran仿真得到了人椅系统在穿盖过程中的动态响应以及座舱盖的破坏情况,并与试验进行了对比。在此基础上,以VC/MFC(Microsoft Foundation Class)为工具,借助OpenCASCADE虚拟成形技术,开发了飞机座椅弹射过程的仿真分析平台,具有一定工程使用价值。     

直升机软油箱抗坠毁性能研究

本文以直升机结构试样软油箱为研究对象,对其抗坠毁性能进行了仿真分析与验证。首先介绍了软油箱与地面的撞击过程中涉及到的流固耦合理论。然后建立了软油箱的有限元模型,使用MSC.Dytran对软油箱以17.3m/s速度垂直撞击地面的全过程进行了仿真分析,将分析结果与试验结果中的冲击载荷和变形进行对比分析,得出了相关结论。最后研究了材料性能、坠地姿态和外形尺寸对软油箱抗坠毁性能的影响,为抗坠毁软油箱的设计提供理论依据。     

采用流固耦合的实体元空心叶片鸟撞数值模拟

针对目前通用流固耦合算法在模拟实体元结构破坏上存在不足,以MSC.Dytran软件为平台,研究和验证了不考虑失效和考虑失效的实体元平板叶片流固耦合数值模拟方法;在此基础上,结合大涵道比航空发动机工作过程中较为常见且非常严重的鸟撞事故,建立了实体元空心叶片鸟撞瞬态动力学有限元模型并进行相应计算,结果表明:计算较好地模拟了叶片在遭受鸟体撞击后会产生巨大的瞬时冲击应力,以及叶片由此产生局部塑性变形.最后模拟了叶片遭受鸟撞发生失效的过程.      

航空机轮轮毂的静力和疲劳分析及其结构改进

以航空机轮轮毂为研究对象,采用Hypermesh、Ansys、MSC.Fatigue软件进行联合仿真。相比采用Ansys软件,联合仿真理论上得到的网格质量更好、计算时间更短、结果与实际情况更吻合。本文在仿真的不同阶段采用不同的软件,完成了模型的网格划分、静强度分析以及疲劳寿命分析的仿真。仿真结果表明:最大应力均未超过材料的强度极限,仿真和理论估算得到的疲劳寿命相差10%左右,符合设计要求。基于此提出了轮毂结构的改进建议。