飞机结构的抗鸟撞设计与分析

摘要

鸟撞是飞机在飞行中遇到的重要危害之一，同时也是一种突发性和多发性的飞行事故，发生鸟撞时，轻则在飞机表面留下撞击坑，重则机毁人亡。正是由于鸟撞所造成的危害，抗鸟撞设计成为飞机设计中必须考虑的要素之一。我国正在开展民用支线飞机ARJ21的设计制造工作，未来也将开展大型军民用飞机的研发工作，为了通过严格的抗鸟撞设计适航性验证试验，预先进行飞机结构的抗鸟撞设计分析显得尤为必要，论文正是在这种基础下开展了飞机结构的抗鸟撞仿真设计研究工作。 由于鸟撞击过程复杂，在以往对于鸟撞击问题的研究上主要集中于经验和试验的方法，近来随着有限元技术的不断发展，运用先进的软件对鸟撞击过程进行仿真分析成为飞机设计中的一个发展方向，论文首先回顾了鸟撞击问题的研究方法，并对三种方法进行了对比分析，最终选用了数值分析法作为论文的研究方法。鸟撞击过程涉及到弹性动力学和大变形动力学等力学知识，鸟撞击问题中接触碰撞的数值计算方法直接关系到计算的有效性和准确性，因此在论文的第二章归纳总结了鸟撞动力学的基本理论和数值方法；在第三章中，为了验证采用ANSYS/LS-DYNA方法和模型的准确性，首先利用工程中的经验公式法与数值分析法进行了对比分析，证明了论文采用数值方法的准确性；鸟体模型的确定是鸟撞击分析中的核心问题，鸟体模型的参数往往需要由试验来确定，在第四章中，本文分析了进行鸟体本构关系材料参数试验所需的铝板的尺寸和周围连接方式对试验的影响，并根据分析结果提出了一种试验所需的铝板；在第五章中，本文分析了斜支板结构对机翼前缘抗鸟撞的影响，并根据分析结果提出了关于斜支板结构设计方面的一些建议。 本文通过以上研究，为我国即将开展的大型军民用飞机的抗鸟撞设计和试验验证进行一些准备工作，希望通过这些研究能将仿真分析技术运用到我国的大型飞机抗鸟撞设计中去。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1概述

1.2鸟撞击问题的研究方法

1.2.1鸟撞击过程的特点

1.2.2研究现状

1.3本论文的主要工作

第二章 鸟撞动力学基本理论和数值方法

2.1弹性动力学基本方程与数值计算方法

2.1.1运动方程

2.1.2弹性动力学方程系统

2.1.3弹性动力学的Hamilton变分原理及其有限元方程

2.2大变形动力学基本方程与数值计算方法

2.2.1插值关系及其导数关系

2.2.2大变形的有限元数值计算方程

2.2.3大变形方程的迭代计算

2.3接触碰撞的数值计算方法

2.3.1接触-碰撞的数值计算方法

2.3.2接触-碰撞算法的有限元实现

第三章 鸟撞击飞机结构仿真分析

3.1 ANSYS/LS-DYNA简介

3.2鸟撞击仿真分析

3.2.1载荷模拟

3.2.2结构模拟

3.3 ANSYS/LS-DYNA在鸟撞击仿真分析中的应用

3.4结论

第四章 鸟体本构关系材料参数试验用铝板数值模拟研究

4.1背景概述

4.2计算模型

4.3撞击动响应分析

4.3.1固支连接方式

4.3.2简支连接方式

4.4结果分析及结论

第五章 斜支板前缘结构抗鸟撞仿真分析

5.1分析模型

5.2撞击动响应分析

5.2.1无支板结构

5.2.2单支板结构

5.2.3双支板结构

5.3结果分析

5.3.1蒙皮的撞击响应过程

5.3.2前梁在撞击过程中的变化情况

5.3.3鸟体在撞击过程中的能量变化情况

5.4结论和建议

第六章 总结和展望

6.1论文总结

6.2研究展望

参考文献

研究生期间科研与文章发表情况

1.研究生期间参加的科研课题

2.在研期间发表科研论文

致谢