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    CAE咨询 / Data Area

    12年的专业CAE咨询服务经验,超过1000个项目的丰富经验积累。

    鸟撞问题及起落架分析

    发布时间:2013-12-18

    浏览次数:

    • 1. 鸟撞问题

      已有的实验证明,直径为2毫米的水滴,在750米/秒的速度下撞击马氏体钢,会使后者发生塑性变形。容易想象,一只重约250克的飞鸟,其相对飞行速度为100-300米/秒与飞机相撞,足以使飞机的挡风玻璃、机体、发动机叶片或外罩等严重变形或破碎,从而造成灾难,因此鸟撞问题一直是航空航天领域倍受关注的难题。飞鸟在撞击结构的过程发生在很短时间内,一般为50毫秒左右,此过程中飞鸟肌体将发生流动变形和解体而四处抛洒,结构亦将产生大变形,甚至发生破坏,例如挡风玻璃破碎、机体穿透、发动机叶片断裂等。同时,结构的动态响应将在较长时间内持续 发生,但令人感兴趣的时间段一般不超过100毫秒。由于鸟撞整个过程在较短的时间内完成,一般物理实验费用昂贵而且难于提供足够的信息,因此,目前在对飞行器鸟撞研究时,采取方法是以应用有限元技术模拟鸟撞为主,并辅以物理实验。

       

          

      有限元程序在模拟鸟撞时,必须具备的功能包括:
              ►飞鸟物理材料的描述
              ►飞鸟流动变形的描述
              ►飞鸟与飞行器接触的描述
              ►飞行器结构大变形和破坏过程的描述

      当前,世界范围内对鸟撞进行分析广泛采用的工具为Abaqus/Explicit。该程序是著名高度非线性有限元显式求解程序,主要用于分析结构在高速撞击、爆炸等动载荷下的动态响应。飞鸟在高速撞击时将产生强大压力,足以使金属材料发生变形和破坏。在这样的变形条件下,飞鸟的材料呈流体。Abaqus/Explicit中的飞鸟材料采用状态方程描述材料。

            

       

      对于结构(飞行器)的损伤和破坏,可使用Abaqus的材料损伤模型计算结构材料的破坏,例如挡风玻璃、叶片、发动机外罩或机体、机翼等的失效和破坏。

           

      2. 起落架机构运动及零部件分析

      在飞机设计里,起落装置的设计是十分重要的环节,为了保证飞机的安全起飞、着落,要求起落架具有足够的强度、刚度与冲击性能;为了使飞行器离地后具有良好的性能,还要求起落架应足够的轻。Abaqus提供的多种单元可对起落架进行静力、动力响应分析,飞机着陆过程是典型的冲击类问题,Abaqus/Standard是最优秀的隐式求解器模块,可以求解系统级的非线性结构静力学问题。

      Abaqus/Explicit是目前最好的显式求解器模块,可以求解瞬态动力冲击仿真程序,可对着陆过程进行冲击分析、机构运动分析、失稳分析、损伤容限分析,从而实现对起落架的优化设计。起落架在载荷上要承受强冲击载荷,在结构上又有高阻尼缓冲元件,因此起落架的分析是高度非线性分析,Abaqus的连接器单元(滑动、摩擦、阻尼、弹簧组合)可方便地模拟多种阻尼缓冲件的静、动力特性,因此在起落架的分析中可以考虑进所有的主要因素。由于Abaqus软件集线性和非线性静力学和动力学、机构运动分析和瞬态分析于一体,因此可以实现起落架的统一有限元分析解决方案。

      2.1 飞行器起落架多体动力学分析

      问题难点:

      ►展开时的运动协调性

      ►连接部位的反力计算

      ►部件级的应力分析

      ►着陆时的动力学分析

      ►零部件的大变形

         

        

      Abaqus/CAE提供各种连接单元去模拟机构运动,可以轻松实现刚柔体耦合分析。

          

       

      2.2  飞行器起落架部件级静力分析

      问题难点:
             ►多重机械结构
             ►需要为多种构型,多个组件和多种工况提取相互作用力

           

      传统分析采用刚体分析提取部件间的作用力,再将部件间所用力作为静载施加在部件上,施加边界条件,分析过程繁琐。Abaqus采用统一的模型对过程进行机构-结构耦合分析,不需要导入导出部件间的作用反力。

      2.3 飞行器起落架部件级动力分析

      问题难点:

      ►接触非线性

      ►材料非线性

      ►几何非线性

      传统分析利用刚体分析提取部件间的作用力,再将部件间作用力施加在模态动力学模型上。Abaqus采用统一的有限元模型使用Abaqus/Explicit对过程进行机构-结构耦合分析,使用多处理器并行来减小分析时间。

      综上,Abaqus可以利用统一的模型进行着陆过程的运动学、 静力学和动力学分析,提高了分析效率,减少了模型修改工作量。采用先进的算法,更容易处理各种复杂的非线性问题。

         

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