平板叶片斜撞击瞬态响应的计算分析

采用有限元法,对平板叶片在不同鸟撞击角度下的非线性瞬态响应进行了数值分析研究.结果表明,平板叶片在不同撞击角度下的弯曲变形、到达最大变形的时间及残余变形随着撞击角度的增加而增大;平板叶片的扭转变形随着撞击角度的增加先增大后减少,撞击角度在小于30°及90°附近对平板叶片的扭转变形影响很小.     

不同的力-时间函数及初始冲击压力对叶片响应的影响

本文以矩形悬臂板模拟真实叶片,以冲击载荷模拟鸟撞击载荷,采用有限元法计算悬臂板在冲击载荷下的非线性瞬态响应。通过分组比较,分析了不同的力—时间函数及初始冲击压力对叶片响应的影响。本文得出的结论可供建立鸟撞击载荷模型时参考。     

某发动机一级压气机叶片抗鸟撞数值模拟

基于PAM．CRASH显式碰撞分析软件,建立了鸟撞发动机一级压气机叶片全尺寸有限元计算模型。计算分析了真实工况下鸟撞发动机叶片不同部位时鸟体及叶片的变形过程和动态响应。计算结果表明,鸟体被叶片切碎的大小及叶片变形程度与鸟体撞击叶片部位有关,鸟体撞击叶片根部时鸟体大部分从叶盘下通过,叶梢位移较小而叶根等效应力较大,导致叶片从根部发生断裂的可能性较大;撞击中部时,整个鸟体被叶片切碎后沿着叶片缝隙穿过,叶梢位移和叶根等效应力处于中等水平,对叶片损害不大;撞击梢部时,叶根等效应力很小,但叶梢位移很大,相临叶片发生撞击可能使发动机无法正常工作。     

金属材料循环应变硬化/软化瞬态响应的数学模型

本文讨论了金属材料循环硬化/软化瞬态响应特性,定量分析了在应力—应变响应中应力幅值(在对称应变控制下)的变化规律,给出了应力幅值变化的数学表达式。该式表明,应力幅值的变化不仅与材料性质和材料进入塑性变形范围的次数有关,而且还与应变幅值的大小有关。与已有的数学模型相比较,本文提出的模型与试验结果符合较好,并且无需拟合诸如循化硬化/软化系数这样的试验参数,因而可以节省大量的费用。此外,使用本文的模型由计算给出了瞬态过程中循环强度系数和应变硬化指数的变化规律,发现二者在寿命前半部分循环中变化很大,而在寿命后半部分循环中变化很小,这与试验得到的结果是一致的。     

复合纸板力学性能和应变率相关性测试与表征

为了研究复合纸板材料在不同应变率下的力学响应,利用万能材料试验机和高速率拉伸试验机进行了准静态和动态拉伸试验,同时利用高速摄像机和数字图像相关法(Digital image correlation,DIC)记录拉伸破坏过程和应变场。试验结果显示,纸板材料的拉伸力学性能和破坏机制具有明显的应变率相关性。随着应变率的增大,材料的拉伸强度显著增大,断裂应变在中应变率范围内也表现出明显的应变率效应。对比试验结果和3种应变率效应比表征模型的拟合结果,基于Cowper-Symonds表达式的表征模型,能够很好地描述纸板材料在中低应变率下的应变率效应。该模型对薄壁纸管能量吸收性能的模拟和理论研究,以及冲击防护结构设计提供了理论支撑。     

叶片非线性瞬态响应计算方法与参数选择

在计算叶片的岛撞击响应时，为提高计算精度及降低计算成本，需要为待解的非线性动力方程组制定一个合理的求解方案，这包括选择系数矩阵的算法与非线性动力方程组的解法，以及选择主要计算参数，本文介绍了当使用ＡＤＩＮＡ程序计算平板叶片在冲载荷下的非线性瞬态响应时，对计算方法与计算参数的选择，算例说明了时间步长的重要影响作用。     

基于人工神经网络的混凝土类材料SHPB动态压缩性能预测

针对混凝土类脆性材料高应变率下本构行为,结合ABAQUS有限元仿真与反向传播（Back propagation,BP）人工神经网络技术,对分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson pressure bar,SHPB）实验过程中关键波形参数进行仿真和机器学习,建立了混凝土类材料SHPB高应变率下力学性能预测的机器学习模型,极大地提升了复杂脆性材料受冲击状态下变形行为与本构参数之间关联机制的计算效率。利用商业有限元软件ABAQUS的动态分析模块,通过在入射杆自由面设置4种不同的应力波,得到在不同应变率下材料应力-应变曲线,通过对比数值模拟结果和SHPB实验,验证了基于有限元分析的计算结果准确性。以20组ABAQUS仿真结果作为训练样本,其中入射波作为输入层,透射波和反射波作为输出层,建立相应的机器学习预测模型。研究结果表明：基于BP人工神经网络技术的机器学习预测模型具有良好的适用性,可代替量大且耗时的有限元仿真建模、分析及后处理流程,实现了高应变率下混凝土类材料应力-应变曲线形式本构行为的高效准确预测,同时可以预测给定训练样本以外更大应变率范围下材料应力-应变曲线。     

多机型影响下跑道结构层动态响应分析

基于丹佛机场跑道5年实测动态响应数据，分析多机型滑行时道面板边板角的应变和位移特征，对跑道各结构层多年压缩变形规律进行分析。结果表明，对于不同起落架构型的飞机，道面应变峰值与主起落架轮轴数量对应。混凝土道面板动态应变峰值随运营年限增加变化较小，主要与实测机型有关。对于B737机型，板底受拉应变小于板顶受压应变；而B747、B777机型，板底受拉应变大于板顶受压应变，说明大飞机对混凝土道面损伤更为严重。基层动态位移响应在跑道各结构层中是最为敏感的，压缩变形波动比较剧烈，压缩率最大；而垫层、土基压缩变形量和压缩率随运营年限逐渐趋于稳定。因此建议机场跑道在设计和施工时，对板角和板边部位基层进行重点处理。     

带孔复合材料层板动态拉伸破坏的应变率效应

采用三维Hashin准则作为纤维束损伤判据,根据材料不同损伤模式制定相应的材料性能退化方案,并考虑应变率效应对材料的强度性能进行修正,建立含孔复合材料层合板的渐进损伤分析模型,模拟材料在不同应变率下的损伤破坏过程。通过动态拉伸试验,获得材料在不同应变率下的载荷-位移关系及孔边不同位置的时间-应变关系,讨论了应变率对材料拉伸性能的影响及试件孔边的应力集中情况。有限元分析结果与试验数据相一致,证明了本文所提出分析模型的正确性和有效性。     

机场跑道改性沥青混凝土抗冲击性能

为研究中高应变率下NRP和掺高粘剂的SBS两种改性剂对AC-13型沥青混凝土动力性能的影响,采用直径74 mm SHPB装置进行了4个气压下的冲击压缩试验,获得了不同种类改性沥青混凝土的破坏形态及应力-应变曲线。研究表明：沥青混凝土动态应力-应变曲线分为弹性变形、塑性强化和塑性破坏3个阶段,破坏形态分为裂缝、破损、块裂和碎裂4种;两种改性剂均能改善沥青混凝土的抗冲击性能,并且对峰值应力和冲击韧性的应变率敏感性有一定影响,在不同应变率范围内两种改性剂对冲击韧性增强作用不同,NRP对峰值应力增强作用优于掺高粘剂的SBS;应变率超过130/s时,沥青混凝土出现弹性模量退化现象,NRP对弹性模量有提高作用。     

点火压强峰值和增压速率对药柱应变响应的影响

基于显式时间积分和三维粘弹性有限元法,考虑点火内压随时间的非均匀分布特性,分析了点火瞬态过程某固体发动机药柱的应变响应。通过对比不同工况不同分析类型下药柱的结构响应,探讨了动力学效应、点火压强峰值以及增压速率对药柱应变响应的影响。结果表明,点火瞬态过程药柱的瞬态应变响应明显高于准静态计算结果,点火压强峰值和增压速率共同决定药柱的瞬态应变。所得结论可为固体发动机分析和设计提供参考。     

鸟体形状对飞机风挡鸟撞动响应的影响

目前,鸟撞动响应分析结果与试验结果不能很好地吻合.造成这个问题的原因有很多,如鸟体和风挡的本构关系、鸟体形状、风挡的破坏准则等.本文重点研究了鸟体形状对动响应的影响.在鸟撞动响应分析中,采用的鸟体形状主要有两大类:(1)圆柱体,(2)两端半球形、中间圆柱形的实体.本文分别采用解耦解法和耦合解法研究了这两种形状对风挡鸟撞动响应的影响,并与试验结果进行了比较.结果表明:用两种形状计算得到的应变曲线的变化趋势与试验结果都基本相符,但当飞机水平与鸟相撞时用第一种形状计算得到的风挡应变值小于用第二种形状计算得到的风挡应变值,用第二种形状计算所得的结果与试验结果更加吻合.     

基于温度/变形场耦合测试的热屈曲行为研究

高速飞行器在服役期间面临着严酷的高温环境,引起飞行器薄壁结构屈曲失稳,从而严重影响飞行器结构的完整性和可靠性。本文开展瞬态热环境下薄壁结构热屈曲行为的试验研究,首先,结合红外测温和数字图像相关方法,建立温度/变形耦合测试方法,根据温度场分布及热膨胀系数除去虚应变,获得了机械热应变,并利用此方法研究了典型薄壁结构热屈曲行为特点;随后,把温度/变形耦合测试方法的精度与中温应变片进行了比对,验证了此测试方法的有效性;最后,通过位移随温度变化曲线和应变随温度变化曲线研究热屈曲临界温度判定方法,为航天飞行器薄壁结构抗屈曲性能设计以及航天飞行器结构的强度设计提供技术支撑。     

20CrMnTi的动态超塑性研究

对２０ＣｒＭｎＴｉ在７２０～８３０℃的温度循环下的动态超塑性现象进行了研究，获得了２１０％的伸长变形，探讨了多种条件对变形的影响，金相显示了微观晶粒的长大和拉长。同时研究了变形时应力和应变速率以及应变和温度的关系，并据此测得该材料的动态超塑性应变速率敏感指数可达０．７。     

轻质点阵主动冷却壁板热流固耦合响应分析

提出一类以点阵材料为夹芯的新型轻质主动冷却壁板,研究了Ma=6条件下的该壁板的流固耦合传热性能及热结构响应性能,并从热防护、热强度和轻量化等几个方面与槽道式主动冷却结构进行了综合比较。采用三维流固耦合共轭传热数值计算方法,考虑了几种典型的点阵夹层结构与冷却液动态换热过程的相互影响,分析中考虑了碳氢燃料与合金材料热物理性质随温度的变化以及湍流换热,求解获得了流体与结构的三维瞬态温度场,并通过顺序耦合求解获得了结构的应力场。计算结果表明,在相同的热环境下,高孔隙率的轻质点阵夹层结构的流固界面换热性能远高于槽道式主动冷却结构,因此结构的最高温度也较低,同时应力集中问题也有所缓解。通过对不同构型的点阵夹层结构的比较发现,胞元构型对其传热性能和结构应力应变有显著的影响。     

模具材料对复合材料制件固化过程应变的影响分析

复合材料热压罐固化工艺过程中,制件的固化变形依旧是影响成形质量的重要原因。通过光纤光栅和热电偶相结合的方法对复合材料制件在热压罐成形工艺过程中的温度和应变进行在线监测,研究了树脂基体对制件应变的影响规律,并基于此分析了不同模具材料对制件固化过程应变和固化变形的影响。试验结果表明:树脂与模具是复合材料固化过程应变变化的主要影响因素,在升温/保温阶段,树脂的流动、热膨胀、固化反应等是应变变化的主要原因,而在降温阶段模具收缩对应变变化起主导作用;不同模具材料的刚度、与制件的结合能力以及热膨胀系数的变化会在复合材料固化过程的不同阶段对应变变化产生较大影响。本文获得了不同材质模具试验条件下复合材料制件固化过程中的应变曲线,分析了固化过程中模具对复合材料制件内部应变的影响规律,为深入分析大型复合材料构件固化变形提供了理论支撑。     

基于对数应变的大变形简单剪切问题应力响应

建立了由对数应变描述的弹性大变形本构关系,利用该本构关系分析了弹性大变形简单剪切问题.对应张量的五种客观率,分别给出了基于变形率和对数应变的简单剪切问题应力响应.结果表明:Jaumann率对应的应力响应具有最显著的振荡现象;对应各种客观率,正应力均能保持较好的单调性,剪应力则存在不同程度的振荡趋势;张量的客观率不是导致...     

形状记忆合金增强复合材料的一维σ－ε－T关系

分形状记忆合金（ＳＭＡ）相变前和相变过程中两阶段，推导了形状记忆合金增强复合材料（ＳＭＡＲＣ）的一维应力、应变和温度的关系。实验研究包括：ＮｉＴｉｎｏｌＳＭＡ丝自由回复时的回复应变与温度、受限回复下的回复应力与温度的关系，玻璃纤维／环氧树脂复合材料和ＳＭＡＲＣ试件的单向拉伸，一定应变下ＳＭＡＲＣ拉伸试件的应力与温度的关系，恒定外载下ＳＭＡＲＣ拉伸试件和纯弯曲试件在触发ＳＭＡ前后应变的变化。结果表明，ＳＭＡＲＣ除了具备传统结构材料承载的功能之外，还具有改善和增强材料本身性能的能力。     

Al2O3陶瓷的损伤型本构关系研究

利用INSTRON材料试验机和SHPB(分离式Hopkinson压杆)对Al2O3陶瓷材料进行了单轴压缩实验,测量了材料在不同应变率下的应力和真实应变。实验结果表明,Al2O3陶瓷是应变率敏感材料。通过对准静态和高应变率下的实验结果分析,认为损伤型ZWT非线性粘弹性本构关系能较好地描述Al2O3陶瓷在不同应变率条件下的力学行为,用遗传算法确定了本构关系中的参数。研究表明,所用损伤型ZWT本构方程和用遗传算法确定的参数在10-4-102s-1应变率范围内与实验结果吻合较好。     

鸟撞受损叶片压气机气动性能仿真

基于研究鸟撞现象对压气机气动性能影响的目的，进行单级压气机的气动设计，分析了主要设计参数，并以此为基础，以原型转子叶片为模型进行鸟撞模拟，建立鸟撞损伤叶片模型。在周向上改变损伤叶片的数量生成不同的计算模型，进行全环的数值模拟，考察不同受损叶片数目对压气机气动性能的影响，分析流场细节，总结受损转子气动特性的变化规律。计算结果表明：受损叶片数量分别为1、2、3的压气机转子在设计转速下，气动性能和稳定性都有明显的下降，主要表现为最大效率工况的效率分别减小了1.37%、2.55%、3.57%，压比分别减小了0.19%、0.29%、0.40%，稳定工作的流量范围减小，稳定裕度分别相对减小了14.33%、25.69%、31.97%。