单元尺寸对复合材料层压板蒙皮鸟撞模拟的影响分析

抗 鸟撞性 能 是 民用 飞 机 结 构 的重 要 性 能 ， 运 输 类 飞机 适航 标 准 中规 定 尾 翼 结 构 的设 计 必 须 保 证 其在 与 ３ ． ６ ｋ ｇ重 的 鸟相 撞 后 仍 然 能继 续 安 全 飞 行
过程 。鸟体 的形 状 采用 两 端 带 半球 形 的 圆柱体 ， 如 图１ 所 示 。鸟体 密度 约为 ９ ５ ０ ｋ ｇ ／ ｍ ， Ｄ为 １ ３ ４ ｍ ｍ，
第一作者简介 ： 李
娜， 女。硕士 。研究 方 向： 强度 。Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｎ ａ ｌ ＠
置５ 个应变测量点。试验件和钢板都使用 ２ Ｄ壳元
４ ４ ６ ２
科
学
技
术
与
工
程
１ ３卷
增大 。５ ｎ ｌ ｎ ｌ 单 元模 型所 得 的应 变数 据 与 试 验结 果
和着陆… 。飞机垂尾前缘常为复合材料结构 ， 穿透 性是蒙皮 的抗鸟撞性 能主要参数。鸟撞 的分析方 法主要有数值模拟 和工 程计算方法 。鸟撞 的数
值模 拟 方法 主要 有 流 固耦 合 分 析 方 法 ， 将 鸟 体视 为 流体 ， 可 用 欧拉 ． 拉 格 朗 日网格 耦 合 的方 法 模 拟 Ｊ ， 如 ＭＳ Ｃ ． Ｄ ｙ ｔ ｒ ａ ｎ ， 或 者 光 滑 粒 子 流 体 动 力 学 方 法 （ Ｓ ｍｏ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ Ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ， Ｓ Ｐ Ｈ） 模 拟 ， 如 Ｐ Ａ Ｍ． Ｃ Ｒ Ａ Ｓ Ｈ软件 。对 于 复 杂 的 接 触 动 力 学 问 题 ， 结 构单 元 尺寸 常对 计算 结 果 有 显 著 影 响 ， 本 文计 算 了几种 单元 尺寸 下 复 合 材料 层 压 板 的 鸟撞 响应 ， 并 与试验 结果 进行 了 对 比 ， 分 析 了单 元 尺 寸 对 层 压板 破 坏模 拟精 度 的影 响 。
５ Ｍｏ ｎ ａ ｇ ｈ ａ ｎ Ｊ Ｊ ．Ｓ ｍｏ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ．Ｒｅ ｐ ｏ ｒ ｔ ｓ ｏ ｎ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ —
鸟体重为 ３ ． ６ ｋ ｇ 。鸟体材料模型采用 Ｍ ｏ ｎ ａ ｇ ｈ ａ ｎ ２ ８ 材料 ， 其状态方程为［ ５ ：
Ｐ ＝Ｐ ０＋Ｂ［ （ ｐ ／ ｐ ０ ） 一１ ］ （ １ ）
式（ １ ） 中Ｐ 。 为参 考压力 ， Ｐ为 当前 密度 ， Ｐ 。 为初始 密 度； 一７ ， 压 力参数 ， Ｓ Ｐ Ｈ方法 要求 这两个 参数 取 值要保 证 液体 中 的声 速足 够 大 ， 从 而 使 其 密度 的相 对变 化足 够小 。液体 中的声速 ｃ 为：
软件 ， 用光滑粒子流体动力学方法建立适航条例所规定 鸟体结构模 型 ， 用 二维壳单 元模 拟层压 板结构 ， 通过试 算计 算 出多种 单元尺 寸下结构破 损的临界速度 。结果表 明， 在算结果 影响很 小； 临界破损 速度 的计算值 随着单元尺寸的增大而增大 ； 当层压板 单元尺 寸为 ５ ｍ ｉ ｉ ｌ 时， 临界破 损速度和应交响应与实测结果吻合 最好 。 关键词 鸟撞 中图法分类号 复合材料 光滑粒子流体动力 学 文献标志码 单元尺寸 Ａ 临界破损速度 Ｖ ２ １ ６ ． ５ ５ ０ ３ ４ ７ ． ３ ；
为０ ． ０ ０ ４ 。
１ 计算模 型
１ ． １ 鸟体模 型
用Ｐ Ａ Ｍ ． Ｃ Ｒ Ａ Ｓ Ｈ软件 ， 用Ｓ Ｐ Ｈ方法来模拟鸟撞
２ ０ １ ３年 １ 月２ ４ 日收 到
１ ． ２ 复合 材料 层压 板试 验及分 析模 型
通 过试 验 来 测 得 复 合 材 料 层 合 板 鸟 撞 响 应 。 试验 件 尺寸及 测量 方案如 图 ２所示 。试验 件 的厚度 为６ ｍｍ， 试验 件 四边 用 钢板 夹 具 固支 ， 试 验件 上 布
＠ ２ ０ １ ３ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
航 空航 天
单 元尺寸对 复合材料层压板蒙皮鸟撞 模 拟 的影 响分 析
李 娜 孔令 勇 于锋礼
（ 上海飞机设计研究院 ， 上海 ２ ０ ０ ２ ３ ２ ）
摘
要
通过 仿真与试 验的对比分析 ， 分析结构单元尺 寸对飞机尾 翼复合材料 蒙皮鸟撞模 拟精 度 的影响 。基 于 Ｐ Ａ Ｍ— Ｃ Ｒ ＡＳ Ｈ
第 １ ３卷 第 ｌ ５期 ２ ０ １ ３年 ５月 １ ６ ７ １ —１ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） １ ５ — ４ ４ ５ ９ — ０ ４
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ １ ． １ ３ Ｎｏ ． １ ５ Ｍａ ｙ ２ ０ １ ３
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎｄ Ｅｎｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
ｃ ｊ： 一
。
（ ～ ， ２ ）
ｐ０
密 度的相对 变 化为 ：
２
～
ｒ ３、
ｃ
Ｐ
式（ ３ ） 中 为流 体 的最 大 速度 。本 文参 照 Ｍｃ ｃ ａ ｔ ｒ ｈ ｙ 等人 的工作 ， 取 Ｂ＝１ ２ ８ ＭＰ ａ ， ｙ ＝７ ． ９ ８ 。这 种 情 况下 ， 当 Ｖ＝２ ０ ０ ｍ ／ ｓ 时， 密度 相对变 化为 足够小 ， 约
影响因素数值分析 ．航空动力学报 ， ２ ０ ０ ８ ； ２ ３ （ ６ ） ： １ １ ｏ ６ —１ １ １ ０
也吻合较好 ， 这种模型适合文 中所述 的复合材料层
压板 鸟撞 动力学 分析 。
参 考 文 献
４ 米保卫 ， 赵美英 ． 机翼 复合材料张力蒙皮结构抗鸟撞分析 ． 计算
机仿真 ， ２ ０ １ ０； ２ ７ （ ２ ） ： ２ ２ — ＿ ２ ５