基于ABAQUS的风挡鸟撞有限元分析及试验研究

论文摘要

随着飞机低空高速性能的显著提高,鸟撞问题日益成为危及飞行安全的隐患。作为飞机上的关键部件,风挡的抗鸟撞研究一直是各国在飞机设计环节中必须下大力研究的课题。抗鸟撞设计研究首先是从试验开始的,但仅凭常规的、全尺寸试验方法存在费时、费力、成本高昂的缺陷。随着计算机技术和有限元理论的发展,在工程实际中,逐渐形成了以有限元数值模拟与鸟撞试验相结合的方法来进行抗鸟撞设计研究。本文较全面地综述了飞机鸟撞事故,总结了鸟撞问题的特点和研究方法。介绍了鸟撞试验方法、试验装置以及某型飞机风挡鸟撞试验,并对试验结果进行了讨论和总结。在此基础上,建立风挡数字化模型和虚拟试验环境系统。阐述了大变形、粘弹性、接触—碰撞等有限元分析的基本理论、数值计算方法、求解过程以及上述内容在ABAQUS中的具体应用。系统地研究了鸟体撞击载荷模型,归纳了ABAQUS软件求解鸟撞问题的关键技术;并利用ABAQUS软件对风挡和鸟体分别采用两种不同的本构模型(即对应四种不同的模型组合)进行了仿真计算,并与试验结果进行了比较和分析。通过对比分析,有限元模拟比较真实地反映了鸟撞的过程,分析结果与试验结果吻合较好,从而为风挡抗鸟撞设计提供了有价值的数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 鸟撞问题综述
• 1.3 鸟撞问题研究概述
• 1.3.1 鸟撞过程的特点及问题研究的复杂性
• 1.3.2 鸟撞问题的研究概况
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 鸟撞飞机风挡试验
• 2.1 引言
• 2.2 鸟撞试验体系
• 2.2.1 试验依据和程序
• 2.2.2 试验方法
• 2.2.3 鸟撞试验装置及测量方法
• 2.2.4 试验结果及结论
• 2.3 虚拟试验及数字化模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 鸟撞动力学基本理论和数值方法
• 3.1 引言
• 3.2 弹性动力学基本方程与数值计算方法
• 3.2.1 运动方程
• 3.2.2 弹性动力学方程系统
• 3.2.3 弹性动力学的Hamilton 变分原理及其有限元方程
• 3.2.4 有限元动力学离散微分方程组的数值计算方法
• 3.3 大变形动力学基本方程与数值计算方法
• 3.3.1 大变形基本理论
• 3.3.2 大变形问题的有限元数值计算方法
• 3.4 接触—碰撞的数值计算方法
• 3.4.1 接触—碰撞的数值计算方法
• 3.4.2 接触—碰撞算法的有限元实现
• 3.5 本章小结
• 第四章 粘弹性本构关系
• 4.1 引言
• 4.2 线性粘弹性体的本构关系
• 4.3 基于风挡有机玻璃非线性粘弹性试验本构关系
• 4.4 时—温等效原理及WLF 方程
• 4.5 本章小结
• 第五章 风挡鸟撞有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 鸟撞击载荷模型研究
• 5.2.1 刚性靶载荷
• 5.2.2 柔性靶载荷
• 5.3 基于ABAQUS 的鸟撞风挡有限元分析
• 5.3.1 ABAQUS 软件简介
• 5.3.2 ABAQUS 求解鸟撞问题关键技术
• 5.3.3 四种不同模型的有限元分析
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 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