探研飛機碰撞的實驗方法

前言：本站為你精心整理了探研飛機碰撞的實驗方法范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

1簡介

沒有整合到中的程序通過接口參數也可以與之取得通信，這個插件可以使外部程序獲得功能。在這個具有創新性的軟件框架中，工程師可以獲得整個仿真技術范圍內的所有功能，包括CAD集成通用工具、幾何修改及建立網格。另外，穩定的參數化建模環境連同設計優化和統計研究的整合工具，也可以使工程師們獲得較高的設計效率。ANSYS12.0版本以后在顯式動力學領域起到了很大的作用，它的顯式動力學產品有3個模塊，ANSYSLS-DYNA是一個單獨的程序，只能在Workbench下完成前處理工作；ANSYSAUTODYN是集成于Workbench下的顯式動力學軟件，提供了全面的多解決方案的模塊產品，具有先進數值方法的非線性動力學軟件；ANSYSExplicitSTR是基于ANSYSAUTODYN產品的拉氏算子部分，是界面第一個本地顯示軟件，該技術可用于滿足固體、流體、氣體，及它們之間相互作用的非線性動力學仿真，對已有Workbench環境使用經驗的用戶，該軟件有更好的適用性，所以本文采用這個模塊進行動力學分析。

2有限元分析模型

2.1幾何模型創建

風擋玻璃為圓弧風擋玻璃，長760mm，后部高度500mm，后部最大跨度為800mm，厚度為16mm，由CATIA軟件構建的該機前風擋玻璃幾何模型所示。鳥體有限元幾何模型取兩端帶半球帽、中間為圓柱體的實體來模擬，按照國軍標要求，選取球體的內半徑為0.053m，中間圓弧長0.1418m，定義鳥體密度為900kg/m3左右時，鳥體質量大約為1.8kg，通過CATIA建立的鳥體模型。

2.2幾何模型導入

首先，建立IGES格式模型文件，在CATIA中執行“文件”“另存為”命令，彈出保存副本對話框，選擇模型格式為IGES，單擊OK按鈕。然后，打開軟件，在輸入幾何模型的選項中，選擇輸入模型格式為IGES，并選擇打開已建立好的模型即可。不僅可以導入標準格式數據文件中的模型，還提供了與眾多主流CAD軟件的直接接口，本文采用的導入方法是標準格式數據模型文件導入方法。

2.3單元選取及材料定義

對于風擋玻璃選擇Solid單元，該單元可以承受面內的彎曲和剪切作用，而骨架的作用則通過邊界條件處理來模擬。根據鳥撞特點，在撞擊區附近的位移和應力變化劇烈，而遠離區的位移和應力趨于平緩，因此網格劃分時在撞擊區附近劃分密些，其風擋玻璃網格劃分。風擋玻璃模型共有793個節點，736個節點殼元，其殼元厚度16mm。根據航空有機玻璃材料特點，本文選用材料模型來模擬。根據鳥撞擊的物理過程研究表明：鳥撞擊過程可以描述成一個非恒定的流體動力學過程，當鳥以大于50m/s的速度撞擊剛性靶體時，因鳥體撞擊而產生的巨大應力遠遠超過鳥體材料的屈服極限，致使鳥體發生流變，因而鳥撞也稱之為軟體撞擊。由擊過程中鳥體具有大變形和流變的特征，如何有效地模擬鳥體一直是耦合解法的難題。對于鳥體前可以采用流體元或固體元進行模擬，許多研究表明，采用流體元模擬鳥體發現所獲得的靶體位移和應力偏小，因此采用固體元方法模擬比較合理。鳥體模型采用彈塑性模型進行建立，選取鳥體密度為938kg/m3，彈性模量為68.9MPa，泊松比為0.49，對鳥體模型進行網格劃分，鳥體模型共有2422個節點，11888個節點殼元。

2.4局部坐標系建立及邊界約束確定

建模時選取默認的坐標系，即沿飛機航向為Y軸，指向左機翼為X軸，垂直向為Z軸。在對風擋玻璃的邊界進行約束時，由于骨架和側面支座為風擋主要承力結構，其截面幾何彎扭剛度很大，材料彈性模量

約為有機玻璃的20倍，骨架對玻璃有足夠的約束剛度，故對與骨架相連的各節點和側面支座節點賦予固支約束。

2.5破壞準則

由于風擋玻璃整體外形近似于殼體，當受作用時，沿殼體法向會產生較大的變形，所以風擋玻璃是否破壞的依據可根據其應變值ε是否達到失效應變εb，其表達式為ε≥εb。同時也可以考慮最大主應力失效模式，取σmax=σb=78MPa，在高速碰撞條件下，材料動態破壞應力往往大于靜態下的破壞應力σb，某些學者曾對普通玻璃進行了應變速率從10-3～103min-1范圍內的斷裂強度試驗測試可看出風擋玻璃的動態強度是靜態強度的2倍或更高。由于飛機風擋玻璃的強度分散性較大，故風擋玻璃的強度安全系數取值也應大一些，本文取其安全系數為2，這樣仍可視σb=78MPa近似為風擋玻璃的破壞應力，由最大應力準則可知，當單元最大主應力達到失效強度時材料失效。

3計算結果及結論

為撞擊3.5ms后風擋玻璃應力云圖，為風擋玻璃變形云圖。從應力圖中可以看出，鳥撞的區域應力最大，應力達到最大值時，外表面處于壓應力狀態，內表面處于拉應力狀態。在飛機風擋研制階段，曾對某鑄造改性丙烯酸酯風擋玻璃（即K8風擋）厚度取16mm時，進行了不同鳥體質量和鳥體速度下的鳥撞實驗，得出大量的實驗結果。本文通過調整鳥體質量和鳥體速度進行模擬仿真，得出最大應力值與應變值，通過所建立的破壞準則，確定風擋玻璃的計算結果，并將計算結果與該實驗結果進行比較。由于所建立的有限元鳥撞模型結構外形參數、材料參數、邊界條件以及所建立的破壞準則與實驗情況基本一致。所以從表2中可看出，本文計算出的風擋玻璃破壞情況結果與其實驗結果是相吻合的，說明本文所采用的軟件和理論方法而建立的模型仿真是可行的，對飛機風擋玻璃設計與改型、減少物理實驗及降低成本等具有一定參考價值和實際意義。

作者：張樂迪張顯余單位：空軍航空大學