基于LS桘DYNA的某型直升机水上砰击分析

针对某型直升机适航取证的任务需求，在相应简化和配重基础上，对直升机进行全机柔性体建模。参照WG30整机水上砰击试验的研究方法，通过LS-DYNA中的光滑质点流体动力学（ SPH）方法研究直升机在9 m／s垂直速度下水上砰击情况，选取驾驶舱底部、客舱中部、客舱后部三个位置为测量点，得到直升机触水后的整体运动趋势以及直升机底部压强、加速度与底部材料之间的关系；通过不同模型的对比，研究了短翼和气囊对直升机水上砰击的影响。仿真结果与试验结论相符，验证了计算的可靠性，为直升机水上砰击提供了一定的技术支持。     

机场污染跑道飞机轮胎的溅水问题

飞机在有积水、融雪的跑道起降时,由轮胎滑跑所产生的溅水有可能影响飞机的滑跑性能与安全。因此,积水跑道上的滑跑溅水试验是民航飞机适航审定的一个重要科目。在有限元软件LS-DYNA中对飞机轮胎溅水进行模拟,对于水粒子的模拟采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法。针对某一具体轮胎参数首先进行了工程估算分析,接着建立了飞机轮胎的溅水分析模型,并对模型有效性进行了验证,进而分析了多种因素对轮胎溅水形态分布的影响。通过工程估算和数值计算结果的比较,发现存在临界的飞机滑跑速度,当飞机滑跑速度处于该临界值时,侧视溅水角度达到最大值。并在数值模拟中给出了不同位置溅水量相对大小的统计方法并指出轮胎翻边对溅水有显著的影响。     

全尺寸复合材料垂尾前缘抗鸟撞仿真与试验

基于Pam/crash软件,建立SPH鸟体模型,仿真分析了两种工况:芳纶与玻璃钢全尺寸复合材料垂尾前缘分别在3.6 kg鸟体以114 m/s速度冲击下的动力学特性;通过模拟与试验结果的对比,验证了仿真方法有效。结果表明:在鸟体与结构接触区域以及前缘与盒段连接区域,需要划分更为精细的网格以真实模拟实际情况;芳纶及玻璃钢前缘的抗鸟撞性能与蒙皮的具体铺层信息相关。仿真及试验方法对工程设计具有实际参考价值。     

泡沫铝几何参数对填充式结构防护性能影响的数值模拟

 泡沫铝是一种新型航天器防护材料,拥有良好的抵御空间碎片超高速撞击的特性。模仿泡沫金属的生产原理建立了泡沫金属细观结构几何模型,结合自编的光滑质点流体动力学(SPH)程序进行了超高速撞击数值模拟,研究了平均孔洞直径和孔隙率对填充泡沫铝结构防护性能的影响。结果表明平均孔洞直径对防护性能影响较大,总体而言平均孔洞直径越小则防护性能越好。孔隙率只在高速时才有较大影响,并且存在最优值。通过不同泡沫铝几何参数下碎片云特性的对比分析表明,使碎片云的法向动量越有效分散,结构的防护能力越强。     

无网格SPH法中守恒光滑法的修正

守恒光滑法CSA(Conservative Smoothing Approach)是解决传统SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)法稳定性问题的一种很有效的方法.研究发现在SPH法中运用所谓的守恒光滑法并不能保证系统的总物理量(质量、动量或者能量)在每个时间步均守恒,而是随着时间在理论值附近波动,对计算结果的精度有一定的影响.对此提出了守恒光滑法的修正公式,对SPH控制方程得到的各个粒子的物理量进行CSA光滑,然后运用文中提出的CSA的修正公式把对该粒子物理量的改变量加权平均给邻域内各个粒子,从而确保了SPH算法中系统的总物理量(质量、动量以及能量等)在每个时间步均守恒,而且由于减少了CSA对SPH得到的各个粒子物理量的过分光滑,从而提高了计算精度.物理意义、理论推导以及文中的算例均证明了这种修正的有效性.     

粒子分离器叶片涂层冲蚀磨损的数值模拟

以叶片涂层为对象,研究其冲蚀过程中损伤的演化过程.首先进行了流场计算.其次通过对单个固体颗粒冲蚀过程的模拟,提出了"碰撞有效影响区域"的概念,使得多个固体颗粒连续冲蚀数值模拟得以实现.接下来通过模拟"碰撞有效影响区域"内材料受到固体颗粒连续冲蚀的过程获得材料的抗冲蚀磨损性能.最后,将流场数据和涂层抗冲蚀磨损性能参数相结合来模拟叶片涂层的冲蚀过程,指出了涂层的薄弱区域并进行了寿命预测.      

基于PAM-CRASH的鸟撞风挡有限元分析

基于有限元分析软件PAM-Crash及其提供的SPH法,建立了鸟撞风挡的有限元模型。对鸟击风挡进行了有限元分析,仿真结果显示SPH鸟体能够很好地模拟鸟撞风挡的过程,尤其是鸟体破碎和飞溅的情况;确定了风挡可能产生塑性应变的位置;选取多个撞击位置,得出不同撞击位置产生的塑性应变云图,并进行比较分析,得出撞击位置对于风挡的影响。     

Damage sensitivity of a wing-type leading edge structure impacted by a bird

On the windward side of an aircraft, the components with higher probability of impact with birds are the wing-type leading edge structures, such as the wing and tail. A study on the damage sensitivity of a wing-type leading edge structure under bird strikes was presented in this paper. First, a bird strike test was carried out on a wing. The principles of the bird strike test equipment and method were introduced in detail, including the bird strike test system, bird projectile production process and data acquisition system. The dynamic strain measurement results, the high-speed camera videos, and the final deformation and damage morphology observations of the structure were obtained. Based on the coupled Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) - Finite Element Method (FEM), the commercial software PAM-CRASH was used to simulate the process of a bird strike with the wing. The good agreement between the finite element simulation results and the experimental results shows that the calculation method and the numerical model presented in this paper were reasonable. On this basis, wing-type leading edge structures can be designed by adding triangular support. The bird strike resistances of an original structure and improved structure were studied by numerical simulation. The calculated results show that the improved wing-type leading edge structure is less damaged than the original structure under bird strike. The improved leading edge structure satisfied the anti-bird strike airworthiness requirements, as the thickness of the triangular support was 1.2 mm, and the weight of the structure was reduced by 0.87 kg compared with the original structure. This indicated that the bird strike resistance of the improved structure is better than that of the original structure, and the improved design of the wing-type leading edge structure presented in this paper is reasonable.