直升机主桨叶的鸟撞计算机仿真

论文摘要

鸟撞已经成为航空飞行器必须要解决的问题之一,并且由于撞击瞬间存在很多不可预测因素,导致了鸟撞研究的难度增大,成为难题之一。本文在以前鸟撞研究的工作基础上,应用瞬态动力学有限元分析软件MSC.DYTRAN,对直升机不同材料模型的主桨叶在不同工作状态下的鸟撞击进行数值模拟。具体工作包括以下三部分内容。总结了国内外在航空结构件鸟撞击方面的研究成果,包括理论研究、数值模拟研究和试验研究等。计算分析了刚性平板的鸟撞击过程,和已有的研究成果进行了对比,模拟结果接近于前人的结论,表明计算结果是准确的。根据本课题鸟撞击研究的特点,研究了有限元方法中的流固耦合理论,对流固耦合系统的模型作了充分了解,并推导了求解过程中数学计算模型的建立过程,充实了有限元方法的研究内容。应用瞬态动力学有限元分析软件MSC.DYTRAN对不同材料模型的直升机主桨叶的鸟撞击过程进行数值计算模拟,分析了撞击过程中桨叶内部的变形、应力应变分布以及鸟体和桨叶之间接触压力的变化;并针对直升机在飞行过程中不同的工作状态,建立不同的计算模型进行计算分析,对不同工作状态下的计算结果进行对比分析,探索鸟撞击桨叶过程中的一般规律,为直升机桨叶结构工程设计提供一定的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 鸟撞研究的意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 鸟撞击问题的特点及研究方法
• 1.3.1 鸟撞击过程的特点
• 1.3.2 鸟撞的研究方法
• 1.4 叶片鸟撞击响应的预估方法
• 1.4.1 解耦解法
• 1.4.2 耦合解法
• 1.5 本文的研究内容
• 第二章 鸟撞击响应的物理过程与计算方法
• 2.1 鸟撞击的物理过程
• 2.1.1 正撞击过程描述
• 2.1.2 斜撞击过程描述
• 2.2 理论背景
• 2.3 鸟撞击刚性靶体的模拟
• 第三章 鸟撞击有限元理论和软件简介
• 3.1 有限元软件简介
• 3.2 流固耦合系统的有限元理论
• 3.2.1 耦合场方程
• 3.2.2 有限元方程
• 3.3 软件精确度的验证
• 第四章 金属材料桨叶的鸟撞击有限元数值模拟
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.1.1 主桨叶有限元模型的建立
• 4.1.2 ALE 耦合的定义
• 4.1.3 材料模型
• 4.1.3.1 钢的材料模型和参数
• 4.1.3.2 钛合金的材料模型和参数
• 4.1.3.3 泡沫塑料的材料模型和参数
• 4.1.4 鸟体模型的建立
• 4.1.5 边界条件的模拟
• 4.1.6 计算时间的估计
• 4.2 计算结果分析
• 4.2.1 应力变化
• 4.2.2 位移变化
• 4.2.3 接触压力变化
• 4.2.4 鸟体碎片分布
• 4.2.5 撞击过程能量的变化
• 4.3 桨叶工作状态对结果的影响
• 4.4 鸟体材料模型对结果的影响
• 4.5 撞击位置和速度对结果的影响
• 第五章 复合材料桨叶的鸟撞击有限元数值模拟
• 5.1 复合材料桨叶计算模型的建立
• 5.1.1 有限元模型
• 5.1.2 材料模型
• 5.1.2.1 碳纤维的材料模型和参数
• 5.1.2.2 泡沫塑料的材料模型和参数
• 5.1.2.3 碳纤维布的材料模型和参数
• 5.2 模拟结果分析
• 5.2.1 正撞击模型
• 5.2.2 不同撞击角度的模型
• 5.3 不同材料模型的结果对比
• 第六章 工作总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的论文