基于光滑粒子法与有限元法耦合的鸟撞机翼前缘响应分析

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自20世纪初飞机发明起,鸟撞问题便一直严重影响着飞机的飞行安全。随着飞机制造逐步高速化、低空化、低噪化及大型化,鸟撞问题发生的机率越来越大,鸟撞造成的后果也越发严重。在飞机设计制造过程中,飞机结构抗鸟撞性能十分重要,而机翼前缘作为飞机重要部件,关系着飞机飞行安全。我国正在从航空大国到航空强国迈进,航空制造事业将会蓬勃发展。飞机结构抗鸟撞设计的适航性验证试验十分苛刻,开展鸟撞机翼前缘结构破坏机理的研究,并使用数值仿真方法进行模拟分析尤为重要。本文正是在这种背景下开展的工作。本文从积分插值理论、光滑核函数、相邻粒子的搜索方法、SPH的时间积分求解、光滑粒子法和有限元法的耦合求解计算等方面详细地介绍了光滑粒子法(Smoothed Particle Hydrodynamics Method,SPH)的基本理论。本文将鸟撞问题简化为圆柱形均质软体撞击刚性靶模型并进行了分析,讨论了载荷特性和计算过程。同时,建立了两端半球中间圆柱形鸟体模型、真实鸟体模型和机翼前缘结构的几何模型,为鸟体和机翼前缘结构选取了恰当的材料模型、确定了材料参数。本文进行了鸟撞刚性靶体、机翼前缘的仿真研究,考虑了鸟体撞击速度、撞击姿态角、鸟体撞击方向等环境因素的影响,对机翼前缘受鸟撞的损伤进行了分析。本文分析了带单支撑板、双支撑板的机翼前缘结构抗鸟撞能力,得到了很多数据,根据仿真结果提出了带支撑板机翼前缘结构设计的一些建议。
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