航空复合材料构件鸟撞击响应数值分析技术及应用研究

论文摘要

随着复合材料在航空领域的广泛应用,复合材料构件鸟撞事故给人类带来巨大损失,对其的研究越来越引起研究人员的关注。减少此类事故发生的措施之一是:针对复合材料层合板及其构件从理论与试验方面研究鸟撞击机理,对其结构、强度及性能的计算与试验分析,指导工程设计,提高复合材料构件的抗鸟撞击损伤能力。本文概述了国内外复合材料构件鸟撞击研究简况,采用瞬态非线性有限元分析方法结合文献试验对层合板的鸟撞过程进行数值分析,得到了合理的计算结果,在此基础上,分析了鸟撞击层合板的初始损伤情况以及某一时刻各层的应力、应变情况;对比分析了铺层顺序、层合板参数、鸟体参数、初始速度、冲击角度、鸟体形状和接触计算方法的变化对层合板吸收能量和接触压力的影响,还对夹层结构的鸟撞作了初步分析,结构中添加了泡沫之后可以明显地改善其吸能特性。复合材料在直升机旋翼系统(包括主旋翼和尾桨)上广泛应用,该部件是主要的直升机鸟撞部件之一。为此,本文分别使用不同的计算方法(Lagrange方法和ALE方法)对复合材料构件(直升机尾桨)鸟撞过程进行了数值仿真计算,对比分析了两种方法的计算结果;此外,还分析了按一定冲击角度撞击后的计算结果。本文的工作为今后的试验研究及进一步计算分析提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 主要研究内容及贡献
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 主要贡献
• 第二章 复合材料层合板强度理论
• 2.1 引言
• 2.2 最大应力理论
• 2.3 最大应变理论
• 2.4 Tsai-Hill 理论
• 2.5 Hoffman 理论
• 2.6 Tsai-Wu 张量理论
• 2.7 Hashin 理论
• 2.8 Chang-Chang 理论
• 2.9 分层损伤
• 2.10 小结
• 第三章 复合材料层合板鸟撞有限元建模及损伤研究
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型与说明
• 3.2.1 几何模型及网格划分
• 3.2.2 材料模型
• 3.2.3 载荷约束工况
• 3.3 有限元网格密度测试
• 3.3.1 层合板网格测试
• 3.3.2 鸟体网格测试
• 3.4 计算结果与说明
• 3.4.1 计算过程及结果
• 3.4.2 应力、应变分析
• 3.4.3 撞击过程中的能量分析
• 3.5 小结
• 第四章 影响层合板鸟撞的因素分析
• 4.1 引言
• 4.2 铺层角
• 4.3 层合板材料参数
• 4.3.1 不同密度层合板
• 4.3.2 不同类型层合板
• 4.4 鸟体材料
• 4.5 初始速度
• 4.6 冲击角度
• 4.7 鸟体形状
• 4.7.1 同质量不同底面半径鸟体
• 4.7.2 不同长度
• 4.8 不同接触方式
• 4.9 夹层板对鸟撞的影响
• 4.10 小结
• 第五章 复合材料构件（尾桨）鸟撞数值分析
• 5.1 引言
• 5.2 复合材料在直升机旋翼系统上的应用
• 5.3 接触冲击问题方法介绍
• 5.3.1 Lagrange 描述法
• 5.3.2 Euler 描述法
• 5.3.3 ALE 描述法
• 5.4 拉格朗日方法计算过程及结果分析
• 5.4.1 几何模型
• 5.4.2 有限元模型
• 5.4.3 材料模型
• 5.4.4 约束及载荷工况
• 5.4.5 拉格朗日法计算结果
• 5.5 ALE 方法计算过程及结果
• 5.5.1 计算模型与说明
• 5.5.2 ALE 法计算结果
• 5.6 两种方法计算结果比较
• 5.7 冲击角度对冲击结果的影响
• 5.8 小结
• 第六章 结束语
• 6.1 主要结论
• 6.2 今后的研究方向
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文
• 参考文献