航空复合材料构件鸟撞击响应数值分析技术及应用研究

摘要

随着复合材料在航空领域的广泛应用，复合材料构件鸟撞事故给人类带来巨大损失，对其的研究越来越引起研究人员的关注。减少此类事故发生的措施之一是：针对复合材料层合板及其构件从理论与试验方面研究鸟撞击机理，对其结构、强度及性能的计算与试验分析，指导工程设计，提高复合材料构件的抗鸟撞击损伤能力。 本文概述了国内外复合材料构件鸟撞击研究简况，采用瞬态非线性有限元分析方法结合文献试验对层合板的鸟撞过程进行数值分析，得到了合理的计算结果，在此基础上，分析了鸟撞击层合板的初始损伤情况以及某一时刻各层的应力、应变情况；对比分析了铺层顺序、层合板参数、鸟体参数、初始速度、冲击角度、鸟体形状和接触计算方法的变化对层合板吸收能量和接触压力的影响，还对夹层结构的鸟撞作了初步分析，结构中添加了泡沫之后可以明显地改善其吸能特性。 复合材料在直升机旋翼系统（包括主旋翼和尾桨）上广泛应用，该部件是主要的直升机鸟撞部件之一。为此，本文分别使用不同的计算方法（Lagrange 方法和ALE 方法）对复合材料构件（直升机尾桨）鸟撞过程进行了数值仿真计算，对比分析了两种方法的计算结果；此外，还分析了按一定冲击角度撞击后的计算结果。 本文的工作为今后的试验研究及进一步计算分析提供参考。