鸟撞虚拟试验仿真系统研究与实现

论文摘要

鸟撞是指鸟体和飞机相撞的一个过程,轻则仅仅破坏飞机机身的部件,重则导致机毁人亡。国际民航组织在全世界范围内每年都会收到2000多件鸟撞的报告。大部分鸟类活动在4000米以下的天空,这正是飞机下降着陆或刚刚起飞之后爬升的高度,容易影响飞机的飞行安全。虽然迄今已有很多方法来避免此类事件的发生,但鸟撞的问题一直没有根本的解决。风挡是一个经常受撞击的部位,本文主要针对飞机的风挡鸟撞问题开发了鸟撞虚拟试验仿真系统,用于模拟鸟撞的整个过程并对风挡的受损状况进行了仿真计算。论文首先对鸟体和风挡的本构模型进行了分析,对接触-碰撞的数值计算方法进行了研究,并介绍了两种仿真分析方法:一般耦合法和拉格朗日耦合法。在此基础上,论文着重说明了系统各部分的设计,利用Open CASCADE建立了虚拟鸟撞环境;通过CAA将CATIA集成进来,用于添加各类传感器,仿真分析结束后可以根据这些传感器的类型直接获得传感器位置处相关的分析结果,方便和试验测量所得结果进行对比;利用PCL语言对PATRAN进行二次开发,根据用户所输入的初始参数产生PCL文件,完成参数化建模,准备好DYTRAN计算所需要的文件并对分析结果进行处理。最后对计算的结果和实际试验数据、以及二者间的误差建立了数据库,方便数据的积累以及查询。测试表明,所开发的系统能快速的进行鸟撞风挡的仿真,通过调整鸟撞过程中的鸟体和风挡等各种参数,可以快速获得撞击力、位移、应变等结果。试验测量所得结果也可以以图片、数据文件、视频等形式保存和显示。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究现状
• 1.3 课题研究内容
• 第二章 仿真系统开发理论和工具
• 2.1 软件工程
• 2.1.1 软件工程概要
• 2.1.2 软件工程的具体内容
• 2.2 面向对象设计
• 2.2.1 面向对象的概念体系
• 2.2.2 面向对象方法的先进机制和能力
• 2.3 开发工具介绍
• 2.3.1 Visual C++
• 2.3.2 Open CASCADE
• 2.3.3 PCL 语言
• 2.3.4 CAA
• 第三章 鸟撞仿真系统的分析方法
• 3.1 接触—碰撞的数值计算方法
• 3.1.1 接触—碰撞的数值计算方法
• 3.1.2 接触—碰撞算法的有限元实现
• 3.2 仿真分析方法
• 3.2.1 一般耦合法
• 3.2.2 ALE
• 3.3 本构模型
• 第四章 鸟撞虚拟试验仿真系统的设计与实现
• 4.1 总体概况
• 4.1.1 项目开发流程
• 4.1.2 系统总体结构和功能
• 4.1.3 需求分析
• 4.2 系统详细设计
• 4.2.1 鸟撞仿真分析模块程序设计
• 4.2.2 试验虚拟平台管理
• 4.2.3 PCL 二次开发PATRAN
• 4.2.4 CAA 二次开发CATIA
• 4.2.5 Open CASCADE 开发工具包
• 4.2.6 开发工具间的数据转换
• 第五章 系统测试
• 5.1 测试参数
• 5.2 测试结果
• 5.2.1 运行过程
• 5.2.2 计算结果和分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录