毕业论文范文——典型平板加筋结构鸟撞试验与仿真

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1、西安航空职业学院毕业论文典型平板加筋结构鸟撞试验与仿真姓名：专业： 航空电子班级：完成日期：指导教师:摘要：通过典型平板加筋结构鸟撞试验，研究了该种结构在鸟撞时的破坏模式及抗鸟撞能力。在试验基础上，基于PAM–Crash软件建立平板加筋结构的动力学仿真分析模型，模拟了试验时鸟撞过程和结果，通过对比分析表明，仿真与试验吻合较好。本文的试验和仿真结果有利于建立精确的鸟撞分析方法，对于飞机侧壁板结构的鸟撞分析有重要意义。关键词：平板加筋；鸟撞；仿真分析引言鸟撞是指飞机等飞行器与在天空中飞行的鸟类相撞造成飞行事故的简称。由于飞机飞行

2、速度快，与飞鸟发生碰撞后常造成极大的破坏，鸟撞就成为威胁航空运输安全的主要因素之一。随着民用飞机数量的增长，鸟撞事故也呈增长态势[1]，所以飞机的抗鸟撞设计越来越成为重要课题之一。传统的验证飞机抗鸟撞性能是通过试验的形式，但是单纯的依靠试验，需要花费较多的周期和成本。随着计算机技术、计算力学的发展，利用有限元技术，分析评估飞机结构抗鸟撞性能，从而缩短整个飞机结构抗鸟撞设计周期，降低设计和试验成本。鸟撞是发生在毫秒量级内的瞬态冲击现象，是一个非常复杂的非线性瞬态动力学及流固耦合的问题[2]，要想对其建立完善的数学和力学模型进行

3、理论分析，进而得到解析解，难度很大。结合小部件的鸟撞试验，验证有限元分技术，得到准确的鸟撞仿真分析方法，从而指导飞机大部段结构抗鸟撞设计就成为最有效的手段。本文为了得到准确的飞机座舱盖侧壁板结构鸟撞分析方法，结合侧壁板的结构形式，开展了典型的平板加筋结构鸟撞试验，并采用了基于PAM－CRASH软件建立了平板加筋结构的有限元分析模型，对试验结果进行了仿真分析，通过仿真与试验对比，得到准确的仿真分析方法，分析研究了结构破损的形式，承受鸟撞冲击的能力。分析方法和结果对座舱盖侧壁板结构的分析能力和抗鸟撞性能研究提供依据。1.鸟撞试验

4、1.1.试验设备和方法鸟撞试验方法采用空气炮法[3]。鸟撞试验设备主要由发炮系统装置和动态数据测试系统装置组成，鸟撞试验设备结构如图1所示。发炮系统装置主要由储气罐、发射装置、炮管、脱壳装置以及挡气屏组成。测试系统装置一般包括激光测速系统、超动态应变仪以及高速摄影机等。试验时，将包含弹托的鸟体预先放入发射装置中，待控制气罐压力达到预定值并稳定后，开启压力阀，高压气体从控制罐进入发射腔，推动鸟体和弹托在炮管内滑行，经过剥壳装置时分离鸟体和弹托，鸟体撞击到固定在承力墙上的试验件上。图1鸟撞试验原理示意图鸟撞速度测量采用高速激光测

5、速法测量鸟弹在撞击试件前的速度，在鸟弹飞行路径上装置距离为L的两个光幕，测量鸟弹飞过两个光幕的时间T，则鸟撞速度测量值为V=L/T。本文共对3块平板加筋试验件进行了3次鸟撞试验。平板加筋结构由1.6mm厚面板和5个C型框组成，试验件长和宽各为760mm，试验中，试验件通过夹具安装在承力墙上，通过调整承力墙的角度实现鸟体呈45°角度的撞击要求。鸟弹重量选取1.8kg，考虑到斜撞击时结构损伤在撞击点的后侧，鸟弹弹着点取试验件中心点偏前60mm处。1.1.试验结果试验结果如表1所示。由表1可知，当鸟的速度为129km/h时，平板加

6、筋结构的面板未出现破损；当鸟的速度为130.3m/s时，面板与框连接处出现了轻微的裂纹，但未发生鸟体穿透现象，当鸟的速度为136m/s时，平板加筋结构出现穿透性破损。因此，该构型平板加筋结构的抗鸟撞击临界速度介于129m/s和136m/s之间。表1试验结果试验件编号试验速度（m/s）试验结果1129面板未破损，框缘条轻微破损2136面板穿透，框断裂3130.6面板出现裂纹，框缘条轻微破损2.计算模型2.1.鸟体模型飞机鸟撞问题属于典型的大变形问题，通过研究发现基于SPH算法的鸟体模型与弹塑性鸟体模型相比更贴近试验结果[4]。

7、SPH算法是一种无网格拉格朗日粒子法，由于其无网格的特点，避免了有限元方法模拟结构大变形时网格畸变的问题，可以很好地模拟鸟撞过程中鸟体的撞击和飞溅为碎片等行为，本文在分析中采用SPH算法的鸟体模型。本文鸟体几何模型为两端带半球帽的圆柱体，质量为1.8kg，长径比为2：1。鸟体的SPH模型是通过Pam-Crash内部转换器由六面体单元转换生成。材料模型选用Pam-Crash软件中专为SPH方法设置的28号材料，其本构关系遵循Murnaghan状态方程[5]：p=p0+B[ρρ0γ-1](1)式中，p0为初始压强，ρρ0为鸟体当

8、前密度与初始密度比，B和γ为体积弹性模量和指数。1.1.平板加筋结构模型平板加筋结构有限元模型与试验件的构型一致，是由铝合金面板及框组成，面板材料选用2524铝合金材料，框采用的是7075铝合金材料，参考美国材料标准MMPDS，材料属性如表2所示。表2材料力学性能材料ρ（kg/m3）E(M