ANSYS_LS_DYNA模拟鸟撞飞机风挡的动态响应

《ANSYS_LS_DYNA模拟鸟撞飞机风挡的动态响应》 鸟撞问题在飞机设计中至关重要，尤其是在飞机起飞和降落时，高速运动的飞机与鸟类相撞可能导致严重损伤，甚至造成机毁人亡的灾难。特别是飞机的前风挡部分，由于迎风面积大，成为鸟撞概率较高的区域，而风挡玻璃的强度相对较低，因此对风挡受鸟撞冲击的模拟分析显得尤为必要，以提升飞行安全性。 早期的抗鸟撞设计主要依赖实验方法，但随着计算机技术和有限元数值计算理论的发展，现在越来越多地采用数值计算来分析鸟撞问题。目前的有限元模型主要分为解耦解法和耦合解法。解耦解法将鸟撞冲击力作为已知条件，单独求解风挡的动态响应，但鸟撞载荷模型的不确定性会影响求解精度。耦合解法则考虑碰撞接触，通过协调鸟体与风挡接触部位的条件，联合求解，能更直观地模拟整个鸟撞过程。本文采用ANSYS_LS_DYNA软件，建立鸟撞风挡的三维模型，研究鸟撞风挡的动态响应特征。 在建立有限元模型时，使用ANSYS软件，简化了计算过程，忽略了对风挡动态响应影响不大的结构因素，如机身、后弧框和铆钉等，将其替换为边界固定。风挡结构为圆弧形，材料为特定型号的国产航空玻璃，鸟撞击点设在风挡中部，撞击角度为29°。选用LS-DYNA材料库中的塑性动力学材料模型，破坏准则设定为最大塑性应变失效模式，当材料塑性应变达到5%时材料破坏。 鸟体的模拟是鸟撞分析的一大挑战，由于真实鸟体的本构特性难以准确描述，通常采取弹性体、弹塑性体或理想流体等简化模型。本文中，鸟体被简化为质量1.8kg、直径14cm的圆柱体，材料选用弹性流体模型。 计算结果显示，当鸟撞速度达到540km/h（相对于风挡的绝对速度）时，风挡的后弧框处有效塑性应变达到5%，风挡破坏。据此，计算得出风挡的安全临界速度为150m/s。在这一速度下，风挡后弧框处首先发生破坏，成为结构弱点。撞击时的最大应力主要集中在后弧框及其下方，而非撞击点。 此外，鸟撞还会导致风挡结构产生位移。风挡下方通常布置有精密仪器，因此必须考虑鸟撞引起的位移情况。鸟体撞击后在风挡上滑行，挤压风挡表面，产生较大位移。计算表明，在150m/s的撞击速度下，最大位移可达38mm，位于撞击点和后弧框之间。风挡表面位移随着时间呈现出先向下位移，然后因弯曲波反弹而振荡的行为。 总结来说，鸟撞风挡的最危险区域位于后弧框及其下方。不同结构的风挡有不同的鸟撞安全临界速度、最大位移和撞击时间。对于本文的风挡模型，临界速度为450km/h，最大位移为38mm，撞击时间约为7ms。这些分析结果对于飞机设计改进和飞行安全性的提升具有重要指导意义。