全尺寸复合材料垂尾前缘抗鸟撞仿真与试验.pdf

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1、第4J4卷第4期航空计算技术Vo1．44No．42014年7月AeronauticalComputingTechniqueJu1．2014全尺寸复合材料垂尾前缘抗鸟撞仿真与试验庞华华，韩全民(中航工业第一飞机设计研究院，陕西西安710089)摘要：基于Pare／crash软件，建立sPH鸟体模型，仿真分析了两种工况：芳纶与玻璃钢全尺寸复合材料垂尾前缘分别在3．6kg乌体以114m／s速度冲击下的动力学特性；通过模拟与试验结果的对比，验证了仿真方法有效。结果表明：在鸟体与结构接触区域以及前缘与盒段连接区域，需要划分更为精细的网格以真实模拟实际情况；芳纶及玻璃钢前缘的抗鸟撞性能与蒙皮的具体铺

2、层信息相关。仿真及试验方法对工程设计具有实际参考价值。关键词：复合材料垂尾前缘；SPH鸟体；芳纶与玻璃钢；仿真与试验中图分类号：V215．2文献标识码：A文章编号：1671—654X(2014)04—0023—03SimulationandExperimentsofBirdImpactResistanceofFull—scaleCompositeLeadingEdgeofVerticalEmpennagePANGHun-hua，HANQuan—min(FirstArcDesn“，AV／C，X／an710089，China)Abstract：Numericalanalysesof3．6kg

3、birdsimpactingonfull—scalecompositeleadingedge(FCLD)ofaircraftSverticaltailhavebeenperformedbyemployingPam／CrashpackageandSPHbirdmodelwasbuih．Thesimulationmethodwasvalidatedaccordingtocomparisonsofexperimentandcalculatingre-sults．Itissuggestedthatthegridsofimpactzonesshculdbemeshedasaccurateaspos

4、sible．Theanti-impactingabilityofaramidandslassfiberreinforcedplastics(FRP)leadingedgeisrelatedto1helayupsofskin．Moreover，thesimulatingandtestprocessesCallbeutilizedandreferredbyindusf~directly．Keywords：compositeleadingedgeofverticaltail；SPHbird；aramidandFRP；simulationandexperiment引言材料构件之间的碰撞耦合现象。

5、本文从有限元分析、试验验证的思路出发，针对全尺寸复合材料前缘进行由于鸟撞事故的频发⋯，鸟类对航空器的危害有鸟撞仿真与试验研究，并有完整盒段作为支持，以模拟增无减，故飞机防鸟撞设计已成为必须考虑因素之一。真实传力路径，最后以试验结果来修正仿真模型，固化鸟撞问题的研究手段，目前主要有数值计算、有限元仿建模方法并达到准确仿真目的，可为复杂复合材料结真以及试验研究。文献[2—3]，针对复合材料旋构的鸟撞仿真问题提供借鉴，具有工程实际意义。翼叶片、层压板进行了数值计算与有限元分析，给出了冲击速度与结构穿透厚度之间的关系，Airoldi与Cac．chione_4通过拉格朗日算法对鸟撞的冲击力问题进行

6、1仿真模型了数值计算，但以上研究均缺少试验验证。文献[5]本文仿真模型由前缘与支持盒段组成，其中前缘研究了编织复材板的冲击性能，但这与鸟撞冲击有较蒙皮、前缘隔板、盒段前梁为全尺寸真实复合材料件；大差别。此外，陈园方，李玉龙等人研究了使用纤维盒段的后梁、肋、壁板、前缘与盒段连接的带板以及连金属层板蒙皮进行抗鸟撞的可行性，但也仅限于蒙皮接角片，均为金属铝件，以模拟真实载荷传递并降低成的研究。本。图1为工况1(简称C1)的有限元模型及试验样综上，已有研究大都限于数值分析、有限元分析，件，采用芳纶前缘，隔板位置均已标出。本文工况2或者简单结构的试验，然而涉及到复合材料组件以上(简称c2)将在C1

7、基础上进行试验件的维修和分析模级别的分析及试验，十分少见。换言之，难以预测复合型的改进。收稿日期：2014—06—06修订日期：2014—06—30作者简介：庞华华(1982一)，男，湖北荆门人，工程师，硕士，主要研究方向为飞机复合材料结构设计及其优化。·24·航空计算技术第44卷第4期有限元模型挡气屏及测速系统，撞击试件。全程高速摄像，摄像系统用两台数码摄像机，最高1024×1024分辨率下拍蒙皮摄速度为5400Is。试验中，在前