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鸟撞冲击动力学的有限元数值仿真研究

蒋耘生  
【摘要】: 鸟体对结构的撞击不仅是飞机结构设计工程及应用实践中的重要课题,同时也具有深入的科学研究价值和理论探讨意义。近百年来,对鸟体撞击结构问题的理论与实验研究已取得了可喜成果,但距离细致定量地服务于工程应用实践仍需深入的理论及工程科学研究工作。本文结合我公司鸟撞实验体系技术改造项目,应用有限元数值计算仿真技术及现代大型科学计算工具,对鸟体撞击飞机风挡结构的动力学响应问题进行了系统学习与研究探讨,初步掌握了科学计算方法,获得了计算仿真的实践经验,为今后深入应用大型科学计算手段进行撞击类科学问题的研究以及深入应用于工程实践奠定了强有力的工作基础。本文研究工作可归纳总结为以下三个方面: 1、较全面整理综述了鸟体撞击飞机结构在国内外航空史上的技术资料以及鸟撞问题理论与工程研究的历史沿革,总结了撞击载荷研究模型、有限元数值计算方法的发展历程等,明确了本文研究工作的科学定位。 2、系统学习并归纳总结了鸟体撞击风挡结构问题中的科学计算理论与计算方法。按照鸟撞问题数值计算方法逐步深入的思路,系统总结了小变形结构动力学有限元数值计算方法、有限变形的几何非线性有限元数值计算方法、粘弹性体非线性形变的本构物理关系;对于实施复杂结构有限元动力学计算的载荷增量方法提出了对Newmark差分的改进以及进行材料与几何非线性数值计算的细致步骤。其后,对撞击接触的动力学数值计算原理及关键理论方法在连续介质力学框架下进行了初步研究与归纳。 3、应用大型科学计算程序ANASYS-DYNA,对弹性体碰撞进行了数值计算验证并与理论结果对比,获得了计算参数应用的实践经验;在此基础上,进行了鸟体撞击飞机风挡结构动力学响应的实际数值计算,与此同时安排了工程鸟体撞击试验,并就两者计算结果给予了细致分析对比,获得了良好的一致性结论。


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