根據國際航空協會統計，1912年以來，鳥撞至少導致63架民用航空器失事；軍用飛行器速度快，鳥撞危害更為嚴重，1950年以來文獻記載的嚴重事故超過353起，至少165人遇難。1992～2008年，我國軍用飛機因鳥撞造成20起嚴重的飛行事故、58起飛行事故征候和210起飛行問題，導致18架飛機墜毀、12名飛行員犧牲。

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飛鳥撞擊對航行中的飛機來說特別危險，當撞擊的相對速度比較大時，很容易造成飛機結構的局部破壞，尤其是撞到飛機結構強度薄弱的區域，比如機翼前緣蒙皮等。

根據真實事件改編的電影薩利機長中，空客A320-214起飛爬升過程中遭加拿大黑雁撞擊，導致兩具引擎同時熄火，飛機完全失去動力。

鳥撞問題是世界難題，飛機的結構一定要進行抗鳥撞設計。

飛機的抗鳥撞設計通常是結合試驗與仿真技術，最大程度保證鳥撞之后發動機可靠性和機身氣動外形相對完整性不被破壞。

鳥撞屬于高速軟體沖擊動力學，鳥體的主要成分為水，仿真時往往采用狀態方程將鳥體的本構描述為近乎流體的行為。鳥撞仿真涉及到鳥體潰散的極度變形，因此經常用到SPH或CEL方法來模擬鳥體對飛機結構的撞擊。

01. Abaqus鳥撞發動機風扇葉片案例 

該案例基于Abaqus/Explicit SPH方法，鳥體質量2.08kg，鳥撞相對速度為250m/s，風扇葉片為某高強鋼，屈服強度1100MPa，分析時長10ms，通過C3D8R單元轉換生成SPH粒子。

SPH鳥撞發動機葉片

撞擊之后葉片根部出現微小的塑性變形。

風扇葉片PEEQ

整機運動-變換參考系

02. SPH知識點 

上述案例涉及有限元轉換SPH粒子，通常采用的單元類型是C3D8R、C3D6或C3D4；啟動轉換后，還有幾個選項設置，下面分別講一下這幾個選項的含義和使用方法。

SPH粒子轉化

• Criterion-Threshold

該選項可以設置粒子轉換準則與閾值：

a.基于時間的準則

指定單元何時發生轉換，不管當前變形的水平。如果閾值設置為0，則轉換發生在分析的開始。

b.基于應變的準則

指定單元轉換時的最大主應變的絕對值。隨著單元的變形，如果最大主應變的絕對值大于指定閾值，則父單元逐漸地轉換為SPH粒子，這個功能適用于有限元法優先的模擬，但是在變形嚴重的區域需要使用SPH的情況，比如爆炸、混凝土的壓碎等。

c.基于應力的準則

指定單元轉換時的最大主應力的絕對值。隨著單元的變形，如果最大主應力的絕對值大于指定閾值，則父單元逐漸地轉換為SPH粒子，這個功能適用情況和基于應變的準則類似。

d.基于用戶子程序的準則

通過用戶子程序，如VUSDFLD或VUMAT，訪問材料點的狀態數據，從而自定義轉換準則。

• PPD
  

默認情況下，每個父單元只生成一個粒子。PPD用于指定單元等參方向生成的粒子數目。最終粒子總數還依賴于單元類型，如PPD=3時，C3D8R可以生成27個粒子，C3D6可以生成18個粒子，C3D4可以生成10個粒子。PPD最大可設置為7。

父單元粒子總數示例

• Kernel

默認情況下，Abaqus使用一個三次（Cubic）樣條曲線作為插值多項式來執行SPH的內核方程，另外還可以選擇二次（Quadratic）或五次（Quintic）的插值。

參見：Abaqus Documentation/Analysis/SPH

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