鸟撞飞机风挡夹层结构数值分析

用非线性显式动力分析软件LS—DYNA建立了风挡夹层结构有限元模型,鸟体用ALE格式和与应变率相关的随动硬化材料模型,风挡夹层用Lagrange格式和双线性随动硬化材料模型,对鸟撞击风挡进行了数值计算,分析了夹层结构应力分布,为飞机风挡设计提供理论依据。

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第3 8卷第 1期 20 0 8年 1月

航空计算技术Aeo a t a mp t gT c n q e rn ui l c Co u i e h i u n

Vo I 8 No 1 l3 .

Jn 2 O a.0 8

鸟撞飞机风挡夹层结构数值分析张博平，孙秦，李玉龙

(西北工业大学航空学院，陕西西安 7 0 7 ) 10 2摘要：用非线性显式动力分析软件 L S—D N Y A建立了风挡夹层结构有限元模型，体用 A E格式鸟 L

和与应变率相关的随动硬化材料模型，风挡夹层用 L g n￣格式和双线性随动硬化材料模型，鸟 ar g a对

撞击风挡进行了数值计算，分析了夹层结构应力分布，为飞机风挡设计提供理论依据。关键词：鸟撞击；挡夹层结构；触一撞；力分析风接碰应中图分类号：2 2 04文献标识码： A文章编号：6 164 20 ) 1 0 60 17 - X(0 8 0 - 0 - 5 0 3

引言鸟与飞机相撞，常常导致飞机部件，如风挡玻璃、发动机或机体结构的损伤和破坏，重的鸟撞事件可严造成机毁人亡的灾难性事故，多国家对这一问题都许投入了大量的人力、财力加以研究。 自上世纪 7 0年以来，内外对鸟撞击问题开展了国大量的试验研究，以测试结构的抗撞击性能，试验成但

夹层结构用 L gag arn e格式，究由钢化玻璃和 P 研 U、

P B夹层材料组成的层合结构，飞鸟撞击过程的动 V受态响应，分析结构的应力分布，为风挡设计提供理论依据。

1接触一碰撞的动力学分析方法 鸟撞飞机风挡问题是典型的接触一碰撞弹塑性大变形动力学问题，击过程是一个非常复杂的非线性撞过程，撞击载荷随时间和结构的变形而变化，导致载荷

本高，目性大，盲周期长。随着计算技术和计算机的发展以及大型分析软件的问世，有限元方法动态地模 用拟鸟撞过程，为强度计算、构设计的有力工具。成结AatiF Jh sn和 M rnH l p l ls r .o no a at o a f…采用明胶模拟 i z e

与结构耦合。但是，在冲击过程中，系统必须遵循质量守恒、能量守恒和动量守恒以及初始边界条件。根据连续介质力学原理，在鸟与被撞

击物体组成的系统中， 用 L g ne方法描述的任意时刻两物体的守恒方程为 ar g aP X,) ( t= o ( tj x,) p ( ) o J p pu r+ b= p= D w () 1 () 2 () 3

鸟体，研究了鸟撞击复合材料机翼前缘的过程； . i A A-rliB C cho在 L gag格式下，含有不同孔 o, . ac i 2 d n arn e对

隙比的鸟，分别以三种速度撞击靶板的瞬时冲击力和压力分布进行了研究； Me, J Mor, Vg - M. o A. . r s R. i i nj i, . rno以及 A G e c G Ma g v e . .H nsn Y Gr d L ase, . i, . r a

Oos n T B ra, L n st 4等人研究了鸟撞击 l s,. es d M. ageh vo t

式中：表示材料坐标，为时间参量；当前质量密 t p为

不同蜂窝材料夹芯板情况， cal i M hi ad— Mihe Km, ed V h a t, h e I rg n5等人也对鸟撞飞机发动机叶片作 iMe m t m e u

度，。 P为初始质量密度，及 D分别为柯西应力张量 ,和应变率张量， b是单位质量体积力，是质点位移， 西为内能变化率，为体积变化律。‘,

了计算，研究了叶片的损伤过程；鸟撞飞机风挡和雷对达罩等问题。王爱俊、彭迎风及谢宗蕻等进行了数值模拟]。这些鸟撞问题的研究工作中，值分析使用数最普遍的计算软件有 L .Y A、A .R S MS . SD N P M C A H、 C DT A Y R N等，它们较好地解决了流一固耦合问题，能够真实地再现碰撞过程。 本文采用 K -Y A软件， SD N鸟体用 A E格式， L风挡收稿日期：0 7 0 .6 20 . 9 0 修订日期：07. 1 1 20 1-6

取虚速度为加权系数，根据加权余量法和虚功原理，碰撞系统的控制方程为

fu d—￣bv fUoi—￣i A () v fUod+￣ d fu i t S t O S B OU v Sut 4 l f上式中各项分别表示单位时间内系统的内力、体力、惯

性力和表面力的虚功方程。 4进行离散，对( )并代入

基金项目：国防科技工业民用专项科研技术研究项目( 6 M00

) N B 0 1作者简介：博平 ( 98一)男，西兴平人，教授，究方向为材料及数值分析、劳、裂与实验力学。张 15,陕副研疲断

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