面向包容性的铝蜂窝夹层结构机匣数值仿真与实验研究

摘要

航空发动机是飞机的核心部件，是推动飞机发展的原动力。发动机叶片由于受到疲劳、外物撞击等因素影响而产生断裂现象，当叶片断裂飞出时，发动机机匣抵抗叶片冲击的包容能力将影响整机飞行安全性。因此，提高机匣的包容性具有重要意义。本文通过数值仿真和实验研究相结合的方法，开展铝蜂窝夹层机匣抗冲击性分析、铝蜂窝夹层机匣包容性分析以及弹体冲击铝蜂窝夹层平板测试实验研究。
　　本研究主要内容包括：⑴基于CREO、Hypermesh等几何建模、有限元建模软件，依据叶片冲击机匣特点，进行叶片、机匣的材料模型、接触类型等前处理定义，建立叶片垂直冲击铝蜂窝夹层结构机匣有限元模型；基于LS-DYNA有限元分析软件，进行叶片冲击机匣有限元求解。⑵基于叶片冲击机匣有限元模型，开展铝蜂窝夹层结构机匣的抗冲击性能数值仿真分析，探讨单层结构、双层结构以及夹层结构机匣的抗冲击性能；依据冲击过程中的叶片-机匣能量变化以及机匣破坏形式、叶片变形方式，确定不同结构机匣的临界击穿速度，并开展断裂叶片不同倾角冲击机匣的动力学响应分析。⑶建立叶片旋转断裂冲击机匣有限元模型，开展叶片不同转速、叶片不同断裂数量、叶片-机匣不同间距、铝蜂窝夹层结构机匣不同厚度搭配以及叶片相互作用下的叶片冲击机匣有限元仿真分析；通过机匣破坏现象、叶片-机匣的能量变化，探讨各变量对机匣包容性的影响。⑷基于现代传感测试技术，建立弹道冲击试验系统，开展尖头弹、圆头弹在不同冲击速度、不同铝蜂窝夹层平板结构下的冲击试验研究；建立同实验相同条件下的有限元模型，对比测试点的应变时间历程趋势，验证仿真结果的可靠性。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 机匣分类及包容性研究进展

1.3 包容性设计思路

1.4 本文研究内容

第2章 铝蜂窝夹层结构机匣有限元建模

2.1 有限元建模基础

2.2 LS-DYNA求解过程

2.3 LS-DYNA后处理

2.4 小结

第3章 铝蜂窝夹层结构机匣抗冲击性分析

3.1 叶片垂直冲击铝蜂窝夹层结构机匣有限元结果分析

3.2 不同结构机匣抗冲击性分析

3.3 叶片不同倾角冲击机匣响应分析

3.4 小结

第4章 铝蜂窝夹层结构机匣包容性分析

4.1 叶片不同断裂转速下机匣包容性分析

4.2 多叶片-机匣包容性分析

4.3 叶片-机匣不同间距包容性分析

4.4 机匣不同厚度搭配包容性分析

4.5 叶片相互作用下包容性分析

4.6 小结

第5章 弹道冲击铝蜂窝夹层平板测试实验

5.1 实验理论基础

5.2 实验原理

5.3 实验装置

5.4 实验试件及实验方案

5.5 实验结果分析

5.6 数值建模

5.7 实验结果与数值仿真结果对比分析

5.8 小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

参考文献

附录A攻读学位期间发表的论文与科研成果清单

致谢