鸟体本构模型参数反演II模型参数反演研究.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMay252011V01．32No．5812-821ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：i000—6893(2011)05-0812-10鸟体本构模型参数反演Ⅱ：模型参数反演研究刘军，李玉龙*，石霄鹏，刘元镛西北工业大学航空学院，陕西西安710072摘要：为获得数值模拟中鸟体本构模型参数，提出了iSIGHT集成PAM-CRASH2006确定撞

2、击体本构模型参数的优化反演方法，利用弹体撞击刚性平板算例验证了该参数优化反演方法的正确性。针对常见的适用于不同撞击速度的鸟体3种本构模型，结合鸟撞平板试验结果优化反演得到了3套鸟体本构模型参数。利用优化反演得到的鸟体本构模型参数进行了大量鸟撞平板数值模拟，并将模拟结果与试验结果进行了对比，二者良好的吻合性表明了本文优化反演得到的鸟体本构模型参数的合理性和可靠性。关键词：鸟撞；本构模型；数值模拟；优化反演；iSIGHT中图分类号：V215；0347；0316文献标识码：A在航空结构件设计阶段，可以采用数值模拟方法根据鸟

3、撞指标要求对航空结构件抗鸟撞能力进行动响应分析[1≈]，以保证其顺利通过鸟撞试验。耦合解法将鸟体模型与被撞结构件模型联合进行求解，两种模型通过接触部位的协调条件连接起来，通过求解满足协调条件的联立方程组分别得出鸟体和被撞结构件的响应和鸟体与被撞结构件之间的作用力等。这一解法可以获得更理想更真实的鸟撞过程，能够对鸟撞的全过程进行数值模拟。能够利用耦合解法对鸟撞过程进行数值模拟的具有代表性的软件有欧洲的PAM-CRASH和美国的L孓DYNA、DYT—RAN等。然而真实的鸟体有骨有血有肉，其本构方程难以描述，加之在撞击过程

4、中呈现大变形，致使在鸟撞分析过程中难以对鸟体建立准确的数值模型[4。7]。鸟体本构模型与参数作为鸟撞数值模拟计算的基本性能数据是开展抗鸟撞结构设计分析的基础，解决好鸟体本构模型并获得可应用于工程数值分析的模型与数据，不仅需要深入细致的理论研究工作，还需要进行大量试验研究与数据测试工作。在此基础上，通过优化理论与算法来获得其模型参数，同时开展三维数值算法及其数值稳定性研究工作，通过大量的数值计算验证与分析方能应用于工程实践。然而到目前为止，有关鸟体材料本构模型及其参数的系统研究罕见报道，在实际模拟计算时往往采用一些简化

5、的本构模型模拟鸟体[8。3

6、，这些简化的鸟体本构模型及其参数仅适用于特定的撞击速度和撞击结构，当撞击速度和撞击结构改变时，本构模型参数也将发生变化，所以对不同撞击速度和撞击结构情况下鸟体本构模型及其参数进行系统研究是一个亟待解决的问题。针对这一问题，本文结合鸟撞平板试验数据，将iSlGHT和PAM-CRASH有机集成，提出了收稿日期：2011-06—21；退修日期：2010．09．06；录用日期：2011-03-01；网络出版时问：2011-03-2814：26网络出版地址：www．cnki．net／kcms／det

7、ail／11．1929．V．20110328．1426．001．htm

8、∞I：CNKI：11-1929／V．20110328．1426．001基金项目：国防科技工业民用专项科研技术研究项目*通讯作者．Tel．：029—88494859E-mail：liyulong@mail．nwpu．edu，011季I甩格式l翩军．李玉龙．石霄鹅．等．鸟体本构模型参教反演曩：模型参数瑗溃研究[J-．航空学报．2011．32(5)：812-821．LluJun·LiYulong，ShiXiaopeng，eta1．Parametersi

9、nversiononbirdconstitutivemode／Part珏：studyonmodelparametersinversion￡J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，20{1．32(5)；812-82

10、．刘军等：鸟体本构模型参数反演Ⅱ：模型参数反演研究813一种鸟体本构模型参数优化反演方法，对常见的3种鸟体本构模型参数进行了优化反演，并对优化反演得到的参数进行了验证。1反演方法1．1基本思想鸟体本构模型参数优化反演的基本思想是：首先进行鸟撞平板试验研究，测量平板结构的

11、位移、应变和撞击支反力等物理量；然后建立鸟撞平板试验耦合算法的数值计算模型，将待优化反演的鸟体本构模型参数定义为优化参数；之后利用位移和应变等物理量的试验值与计算值定义优化目标，使计算模型能够准确反映试验对象的特征，即通过优化鸟体本构模型参数使数值模拟结果与试验结果之间存在的差异最小；再后将计算模型整合到优化控制程序中，优化控制器按照优化算法将