材料参数对叶片鸟撞动响应影响数值模拟

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1、2010年第36畚第5期V01．36No．5Oct．2010材料参数对叶片鸟撞动Ⅱ向应影响数值模拟刘建明，蒋向华(北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京100191)刘建明(1984J，男，硕士，从事发动机结构、强度、可靠性研究。收稿日期·2009—12—091引言鸟撞是指鸟类与飞行器等发生碰撞，造成飞行事故的事件。随着航空技术的发展，鸟撞事件呈增加的趋势。鸟撞事故的增多引起了国际七的广泛重视，国际航空联合会已经把鸟害升级为“A”类航空灾难。发动机研制技术发达的国家纷纷开展鸟撞研究。鸟撞研究基本上可分为试验研究和数值模拟2部分11

2、1。早期的鸟撞研究基本上是通过试验来进行的，随着计算机技术以及有限元数值摘要：基于鸟撞铝板的试验结果，用MSC．Dytran软件验证了计算模型的可行性。在此基础上．建立了鸟体正撞击平板叶片的有限元模型。计算了叶片的材料参数对平板叶片鸟撞动响应的影响。关键词：航空航天推进系统；平板叶片；鸟撞；数值模拟；流固耦合NumericaIsimulationofblademateriaIeffectondynamicresponseofbirdimpactonflatbladeLIUJian—ming，WANGLian—fu，ZHANGWei，

3、JIANGXiang—hua(AeroengineNumericalSimulationResearchCentre，SchoolofJetPropulsion，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Basedontheexperimentresultsofbirdimpactn聘thealuminiumplate．the乒asibilityoftheeedculationmodel幻傩validatedbymsingMS

4、C．Dytran$oj厅ware．Onthisbase，finiteelementmodelofbirdimpactonfiatbladeverticallyWasestablished．TheeffectofthebladematerialparametersondynamicresponseofbirdimpactOnflatbladeWassimulate正Keywords：aerospacepropulsionsystem；flatblade；birdimpact；numericalsimulation；fluid-soli

5、dcoupling计算理论的发展，鸟撞研究【越来越多地采用数值模拟方法进行【21。用数值模拟的结果指导试验和设计，从而节约成本、缩短研制周期。本文基于鸟撞铝板的试验结果，采用MSC．Dytran软件进行数值模拟计算，以验证所用方法的可行性和准确性；然后计算叶片材料的各个参数对平板叶片鸟撞动响应的影响。2试验结果验证文献【3】进行了鸟体斜撞击铝板试验。其铝板的尺寸为410mm×500amX10mm，4边固支。按照国军标141的要求，鸟体重1．8kg。鸟体以91．1m／s的速度以300角斜撞刘建明等：船斛誊数勋叶姥鸟撞动啕应影豫数德厦捌

6、击铝板中心。试验测量了铝板中心点的法向位移随时间的变化，以及撞击开始1．24ms后沿板宽度方向(撞击方向)5个测点的位移，如图l所示。o位移传感器EZ2历应变传感器图1沿板宽度方向的5个测点嘲本文采用MSC．Dytran提供的一般耦合(GeneralCoupling)作为流固耦合的计算方法，采用壳单元划分铝板。铝板材料模型为弹塑性材料，各参数见表1。表1铝板材料参数参数数值参数数值霉髹(措kg／县m3)2700泊松比03弹性模量．20()(]／MP屈／服M应Pa力403．J3a／￡uI^。按照国军标的要求，将鸟体简化成长径比为2：l

7、的两端半球、中间圆柱的实体，半径为57mm，长度为228mm，鸟体的材料参数见表2。表2鸟体材料参数参数／(蕊，)体篇擎数值928．152200铝板中心点的法向位移随时间变化的测量值和计算值的对比如图2所示；撞击开始1．24ms后沿板宽度方向(撞击方向)的位移的测量值与计算值的对比如图3所示。图2板中心点法向位移一时间曲线图3撞击开始1．24ms后沿板宽度方向的位移由图2、3可以看出，计算和测量结果的趋势比较一致。由此可以判定，用一般耦合法作为流固耦合方法所建立的鸟撞模型比较符合实际情况，可以用于鸟撞平板叶片的计算分析。3叶片材料对

8、鸟撞动响应影响本文进行鸟体正撞击平板叶片动响应计算，以此来考察叶片材料各个参数对鸟撞动响应的影响。平板叶片的尺寸为150mm×200mm×5mm，4边同支。叶片材料的静态应变强化效应采用双线性应力一应变模型进行模拟，应力循环效应采用等