Abaqus如何通過仿真飛機與群鳥撞擊來提高飛機結構測試

 摘要介紹：

 飛機與鳥群相撞造成飛機毀壞和日程延誤，每年耗費美國航空業(yè)數(shù)百萬美元。增加飛機抵抗鳥撞引起的損失的能力是減少這種費用的一種方法。鳥撞擊測試實驗是某些飛機部件設計的認證過程的一部分。如果測試的子集可以用計算模擬代替，則可以降低原型測試的所帶來的成本。此外，在設計過程中可以把鳥撞擊抗性考慮進去，從而增加認證測試成功的可能性。本文描述了如何使用Abaqus/Explicit來評估翼板條的鳥撞擊性能。準確的模擬仿真將鳥類撞擊作為負載，減少所需的原型測試的數(shù)量，并將模擬的鳥類穿透程度和組件損傷程度與實際測試結果進行比較。

 Abaqus是一套功能強大的工程模擬有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。作為通用的模擬工具，Abaqus除了能解決大量結構問題，還可以模擬其他工程領域的許多問題，例如熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析及壓電介質分析。

 深圳市有限元科技有限公司是Abaqus軟件的一級代理商，并代理國外其他多款cae軟件，有限元科技是以工程仿真軟件開發(fā)為核心，集cae咨詢、cae培訓、cae軟件研發(fā)與銷售為一體的高科技企業(yè)。公司秉承以最高質量的產品和最高質量的服務滿足客戶的各種需求的服務理念，致力于為客戶提供一站式cae整體解決方案，目前已為全國超過500家企業(yè)提供cae分析服務。如需購買軟件或咨詢服務等請聯(lián)系電話：13632683051，QQ：2039363860/4006046636。

 今天，有限元科技小編給大家分享的是：Abaqus如何通過仿真飛機與群鳥撞擊來提高飛機結構認證。

 Abaqus關鍵點

 漸進損傷和延性金屬失效建模的功能

 通用接觸算法功能大大簡化了沖擊和碎裂相關的高度非線性

 具有連接單元的獨立緊固件實現(xiàn)了規(guī)定復雜的材料性能，損壞和失效。

 背景

 鳥類撞擊，或空中動物和人造飛行器之間的碰撞，可以對飛機產生巨大的影響，世界航空工業(yè)承擔與鳥撞擊引起飛機損壞和飛行計劃中斷，產生巨大成本。

 為了確保安全，對飛機抗鳥類撞擊性的評估是飛機認證過程的一部分。飛機制造商提供大量資源來開發(fā)可以通過必需認證測試的結構，圖1為鳥撞測試設備。

 分析方法

 機翼縫翼和固定前緣的幾何模型在CATIA中創(chuàng)建。固定前緣包括在模型中作為軌道滾輪配件的支撐件，并且如果鳥穿過板條則檢查二次損傷。幾何模型通過Abaqus關聯(lián)界面從CATIA轉移到7zhuan.cnAbaqus/CAE。圖2顯示了完整模型的幾何形狀。本此分析著眼于處于完全縮回位置的縫翼。

 材料損傷起始標準是延性類型。損傷演變基于有效的塑性位移，并且在達到最大退化時，模型中的單元被刪除。

 選擇線性Us-Upfeatech.com.cn狀態(tài)方程（EOS）材料模型用于鳥類模型，因為其行為可以被理想化為流體動力學。體積模量起執(zhí)行不可壓縮約束的懲罰參數(shù)的作用。同樣地，為“鳥”定義塑性和延性損傷。

 機翼結構包含40，000個S4殼元件。本案例使用標準的4磅鳥模型，包含3237個一階簡化積分塊元素。鳥相對于翼板的取向如圖3所示。圖4示出了翼固定前緣的后視圖。兩個圖都刪除了一些部分，以獲得更好地視覺效果。在固定前緣建模約有500個緊固件，每個都有可塑性和失效標準。已經進行了單獨的研究以將緊固件模型校準以符合在各種負載條件下的真實緊固件的變化。

 鳥以184m/秒的初始速度撞擊結構。沖擊點選擇在前緣的中心，在突出部分表面。速度和入射角是認證測試規(guī)范的一部分，可以進行調整。撞擊事件的持續(xù)時間為0.008秒。

 在鳥撞擊期間發(fā)生的接觸是非常復雜的，因為相互作用的表面在撞擊過程中不斷變化。很難預測在沖擊期間在機翼結構的面和邊緣之間發(fā)生的所有可能的相互作用情況。更加難以預測的是撞擊的鳥的碎片可能與機翼結構的內部接觸的位置。

Abaqus/Explicit中可用的通用接觸算法非常強大，適用于這種情況。只需定義包含可能發(fā)生聯(lián)系的所有組件的接觸域即可，算法自動檢測哪些表面和邊緣發(fā)生接觸。

 結果

 沖擊順序如圖5所示。在鳥撞擊位置的完全縮回的前板條和固定的前緣的橫截面是可見的。

 在圖5，鳥撞擊板條表面，然后將其推到笛形管，并迫使它扁平抵靠板條翼梁。然后鳥撕裂板條表面并且穿透到板條腔中。板條梁然后被推到固定前緣上的D型突起蒙皮上，其然后塌陷到次級翼梁上。此時，板條上的一些鉚釘已經失效，并且當鳥撞擊到板條腔中時，板條蒙皮繼續(xù)顯著變形。當肋板經歷沖擊和稍微彎曲時，結構的峰值偏轉發(fā)生在大約2.75ms處。然后結構反彈，并且失效的組件開始從主結構分離。

 雖然存在一些塑性變形，但是在固定前緣的所有部件上或履帶支重輪支撐件上沒有觀察到失效，并且鳥沒有穿透主固定前緣。在這項研究中，鳥是用拉格朗日算法建模得到的，在模擬期間表現(xiàn)良好，因為刪除機制防止單元變得過度扭曲。注意，當單元被刪除時，節(jié)點塊繼續(xù)影響結構。這種處理使時間增量大小保持在合理的水平，并確保鳥的總質量和動量守恒。

 沖擊后等效塑性應變的等值線圖如圖6所示。原型試驗的沖擊結構如圖7所示。對Abaqus結果的進一步分析表明，前翼梁沒有發(fā)生二次損傷。

 緊固件上的結果可以通過在Abaqus/Viewer中查看所有失效的緊固件進行分析，或者可以分別研究每個緊固件的失效模式。

 結論

 成功使用Abaqus/Explicit模擬了飛機機翼結構的板條上的鳥類撞擊事件。Abaqus/Explicit具有強大的損傷和故障建模能力，緊固件功能和通用接觸算法，是進行這種高動態(tài)非線性應用的理想工具。雖然本應用著眼于金屬材料，但是Abaqus/Explicit還可以進行復合航空航天結構的模擬。最后，通過提供準確的模擬能力，Abaqus/Explicit使得將鳥撞擊負載包括在設計過程中得以實現(xiàn)。

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