鳥撞擊
關(guān)注創(chuàng)建者：simulia1993 創(chuàng)建時間：2018-07-22
鳥撞擊的視頻教程
LS-DYNA系列進(jìn)階教程，適合有一定基礎(chǔ)的同學(xué)，視頻免費(fèi)無聲音，所有案例的源文件需購買進(jìn)行練習(xí)。
1、列車轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)隨機(jī)振動疲勞分析 2、基于sph法的鳥撞擊鋁合金前緣分析 3、自適應(yīng)網(wǎng)格波紋板的3p彎曲分析 4、逐柱點(diǎn)焊車門的側(cè)面碰撞分析 5、破碎箱總成的倒塌分析
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基于LSDYNA與SPH方法的鳥撞發(fā)動機(jī)葉片顯式動力學(xué)仿真
LSDYNA進(jìn)行鳥體撞擊發(fā)動機(jī)葉片的沖擊仿真，鳥體為SPH單元，葉片為實體單元。
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鳥撞擊的實例教程
1.引言
鳥撞是指航空器(包括固定翼和旋翼)與天空中的鳥體相互撞擊造成的事故。鳥撞如果發(fā)生，通常會造成災(zāi)難的后果，既會威脅到機(jī)組人員和旅客的生命財產(chǎn)安全，也會導(dǎo)致飛機(jī)結(jié)構(gòu)的損壞甚至引發(fā)機(jī)毀人亡的后果。
鳥撞發(fā)動機(jī)外殼造成的損傷 鳥撞發(fā)動機(jī)進(jìn)氣道風(fēng)扇造成的損傷
針對鳥撞對飛機(jī)安全飛行的影響，歐美國家的民航管理部門都制定了相關(guān)的鳥撞擊方面的適航性條款。如 FAA 在《美國聯(lián)邦航空管理條例》FAR25部中做出規(guī)定：航空器與 4 磅(約合 1.81 千克)的鳥相撞，撞擊之后航空器必須能夠完成飛行直至降落，撞擊時二者的相對速度為航空器的海平面巡航速度，或者在 8000 英尺高度下航空器速度的85%，這兩種情況視事故發(fā)生的嚴(yán)重度而選取。同時 EASA 的 CS-25和中國民用航空局的 CCAR25 部(運(yùn)輸類飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn))中對于鳥撞擊也有類似的規(guī)定。
對于鳥撞問題許多國家都成立了各自的研究機(jī)構(gòu)，其中比較著名的有 BSC-USA(美國鳥撞研究委員會)、BSCE(歐洲鳥撞研究委員會)以及 IBSC(國際鳥撞研究委員會)。防止發(fā)生鳥撞事故，主要從兩方面入手，一方面通過建立大量的驅(qū)鳥設(shè)施，研究鳥類的飛行軌跡避免和航空器的航空相沖突。另一方面通過改變航空器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高抗鳥撞擊的能力。民航的發(fā)展是以安全性作為前提，因此鳥撞問題的研究對提高航空器的安全飛行是至關(guān)重要的。
在鳥撞擊風(fēng)扇葉片的過程中，由于鳥體減速而產(chǎn)生的巨大應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鳥體材料的屈服強(qiáng)度，致使鳥體發(fā)生了流變，因此鳥撞擊過程可被描述成一個非恒定的流體動力學(xué)過程。對鳥撞擊物理過程的理論與試驗研究表明：鳥對剛性靶體的撞擊可以分為初始撞擊，壓力衰減，恒定流動，流動終止四個階段。
展開 方案 1 ：選取頂部壁板結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面大于 15°的蒙皮中心和主梁 4 個危險點(diǎn)部位進(jìn)行抗鳥撞分析。
鳥撞擊位置1時鳥體粒子擊穿機(jī)身蒙皮，且頂部壁板第一個框被沖斷，約一半鳥體粒子擊穿蒙皮進(jìn)入駕駛艙；鳥撞擊位置 2時鳥體粒子擊穿機(jī)身蒙皮，約一小半鳥體粒子擊穿蒙皮進(jìn)入駕駛艙；鳥撞擊位置3時鳥體粒子擊穿蒙皮，有很小一部分鳥 體粒子擊穿蒙皮進(jìn)入駕駛艙；鳥撞擊位置4時鳥體粒子未擊穿蒙皮，無鳥體粒子擊穿蒙皮進(jìn)入駕駛艙。由以上仿真分析發(fā)現(xiàn)， 方案1頂部壁板結(jié)構(gòu)不滿足適航條款對結(jié)構(gòu)抗鳥撞的要求。
方案 2： 選取頂部壁板結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面大于 15°的蒙皮中心和主梁 5 個危險點(diǎn)部位進(jìn)行抗鳥撞分析。
鳥撞擊位置1時鳥體粒子擊穿機(jī)身蒙皮，并且頂部壁板第一個框被沖斷，約一半鳥體粒子擊穿蒙皮進(jìn)入駕駛艙；鳥撞擊 位置2～4時鳥體粒子未擊穿蒙皮，鳥體粒子未進(jìn)入駕駛艙。由以上仿真分析發(fā)現(xiàn)，方案2頂部壁板結(jié)構(gòu)不滿足適航條款對結(jié)構(gòu)抗鳥撞的要求。
方案 1 與方案 2 抗鳥撞分析結(jié)果比較 方案1承受鳥撞載荷時，鳥撞位置1、2、3處結(jié)構(gòu)均失效，有鳥體粒子擊穿蒙皮進(jìn)入駕駛艙，這三個部位初始設(shè)計不滿 足設(shè)計要求；鳥撞位置4時鳥體粒子未擊穿蒙皮，沒有鳥體粒子進(jìn)入駕駛艙，該部位初始設(shè)計滿足設(shè)計要求。 方案2承受鳥撞載荷時，鳥撞位置1處結(jié)構(gòu)失效，有鳥體粒子擊穿蒙皮進(jìn)入駕駛艙，該部位初始設(shè)計不滿足設(shè)計要求； 鳥撞位置2～5時鳥體粒子未擊穿蒙皮，鳥體粒子未進(jìn)入駕駛艙，該部位初始設(shè)計滿足設(shè)計要求。
展開 圖 1 發(fā)動機(jī)葉片的FEM模型
圖 2 鳥體SPH模型
鳥體初速度為160m/s，方向與葉片轉(zhuǎn)動平面垂直，分別撞擊葉片的梢部、葉中和葉根，即圖 3中的A、B、C三點(diǎn)。
圖 3 鳥體撞擊葉片位置
三、仿真分析結(jié)果
利用LS-DYNA計算得到三個工況的模擬結(jié)果，下圖給出了鳥體撞擊葉片的不同位置（葉梢、中部、葉根）時鳥體與葉片相互作用過程在3個不同時刻的比較。
由圖中可知，鳥體撞擊中部和根部時，鳥體大部分從葉片穿過，此時鳥體仍然具有較大的質(zhì)量和速度，對后續(xù)壓氣機(jī)的損傷會有較大的影響，且撞擊中部時葉片的變形很大；撞擊葉梢時，鳥體完全撞散，且滑過葉片的鳥碎片較少，對后續(xù)壓氣機(jī)的影響較小，但此時葉片的變形最大。
圖 7葉尖位移-時間曲線
四、結(jié)論
本文通過SPH方法模擬鳥體，用Johnson-Cook本構(gòu)模擬葉片碰撞塑性變形，并對鳥體撞擊葉片不同位置進(jìn)行了數(shù)值仿真，得到了一系列的葉片變形圖、應(yīng)力及位移曲線。研究結(jié)果表明：鳥體撞擊發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片的機(jī)械損傷程度和鳥體的撞擊位置有很大的關(guān)系，當(dāng)鳥體撞擊葉梢時，葉尖位移很大，且葉根出現(xiàn)較大應(yīng)力峰值，容易使葉片發(fā)生斷裂，對發(fā)動機(jī)的損傷最大；當(dāng)撞擊葉根和中部時，部分鳥體容易滑入發(fā)動機(jī)內(nèi)，會損傷后續(xù)壓氣機(jī)。
展開 圖 1 發(fā)動機(jī)葉片的FEM模型
圖 2 鳥體SPH模型
鳥體初速度為160m/s，方向與葉片轉(zhuǎn)動平面垂直，分別撞擊葉片的梢部、葉中和葉根，即圖 3中的A、B、C三點(diǎn)。
圖 3 鳥體撞擊葉片位置
三、仿真分析結(jié)果
利用LS-DYNA計算得到三個工況的模擬結(jié)果，下圖給出了鳥體撞擊葉片的不同位置（葉梢、中部、葉根）時鳥體與葉片相互作用過程在3個不同時刻的比較。
由圖中可知，鳥體撞擊中部和根部時，鳥體大部分從葉片穿過，此時鳥體仍然具有較大的質(zhì)量和速度，對后續(xù)壓氣機(jī)的損傷會有較大的影響，且撞擊中部時葉片的變形很大；撞擊葉梢時，鳥體完全撞散，且滑過葉片的鳥碎片較少，對后續(xù)壓氣機(jī)的影響較小，但此時葉片的變形最大。
圖 7葉尖位移-時間曲線
四、結(jié)論
本文通過SPH方法模擬鳥體，用Johnson-Cook本構(gòu)模擬葉片碰撞塑性變形，并對鳥體撞擊葉片不同位置進(jìn)行了數(shù)值仿真，得到了一系列的葉片變形圖、應(yīng)力及位移曲線。研究結(jié)果表明：鳥體撞擊發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片的機(jī)械損傷程度和鳥體的撞擊位置有很大的關(guān)系，當(dāng)鳥體撞擊葉梢時，葉尖位移很大，且葉根出現(xiàn)較大應(yīng)力峰值，容易使葉片發(fā)生斷裂，對發(fā)動機(jī)的損傷最大；當(dāng)撞擊葉根和中部時，部分鳥體容易滑入發(fā)動機(jī)內(nèi)，會損傷后續(xù)壓氣機(jī)。
展開 圖 1 發(fā)動機(jī)葉片的FEM模型
圖 2 鳥體SPH模型
鳥體初速度為160m/s，方向與葉片轉(zhuǎn)動平面垂直，分別撞擊葉片的梢部、葉中和葉根，即圖 3中的A、B、C三點(diǎn)。
圖 3 鳥體撞擊葉片位置
三、仿真分析結(jié)果
利用LS-DYNA計算得到三個工況的模擬結(jié)果，下圖給出了鳥體撞擊葉片的不同位置（葉梢、中部、葉根）時鳥體與葉片相互作用過程在3個不同時刻的比較。
由圖中可知，鳥體撞擊中部和根部時，鳥體大部分從葉片穿過，此時鳥體仍然具有較大的質(zhì)量和速度，對后續(xù)壓氣機(jī)的損傷會有較大的影響，且撞擊中部時葉片的變形很大；撞擊葉梢時，鳥體完全撞散，且滑過葉片的鳥碎片較少，對后續(xù)壓氣機(jī)的影響較小，但此時葉片的變形最大。
圖 7葉尖位移-時間曲線
四、結(jié)論
本文通過SPH方法模擬鳥體，用Johnson-Cook本構(gòu)模擬葉片碰撞塑性變形，并對鳥體撞擊葉片不同位置進(jìn)行了數(shù)值仿真，得到了一系列的葉片變形圖、應(yīng)力及位移曲線。研究結(jié)果表明：鳥體撞擊發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片的機(jī)械損傷程度和鳥體的撞擊位置有很大的關(guān)系，當(dāng)鳥體撞擊葉梢時，葉尖位移很大，且葉根出現(xiàn)較大應(yīng)力峰值，容易使葉片發(fā)生斷裂，對發(fā)動機(jī)的損傷最大；當(dāng)撞擊葉根和中部時，部分鳥體容易滑入發(fā)動機(jī)內(nèi)，會損傷后續(xù)壓氣機(jī)。
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鳥撞擊的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
鳥撞擊的最新內(nèi)容
SOL700廣泛應(yīng)用在以下領(lǐng)域：
(1)結(jié)構(gòu)的碰撞性分析，如汽車、飛機(jī)、火車、輪船等運(yùn)輸工具的碰撞分析、船體擱淺、鳥體撞擊飛機(jī)結(jié)構(gòu)、航空發(fā)動機(jī)包容性分析等。
(2)安全防護(hù)分析，如安全頭盔設(shè)計、安全氣袋膨脹分析以及汽車一安全氣囊一人體三者結(jié)合在汽車碰撞過程中的響應(yīng)，飛行器安全性分析(飛行器墜毀、帶氣囊著陸等)。
但鳥撞擊事件，是每個航空發(fā)動機(jī)公司都要預(yù)防的。
鳥槍測試
發(fā)動機(jī)制造商使用“鳥槍”在地面上把死鳥扔進(jìn)發(fā)動機(jī)。
能量圖
馮-米塞斯應(yīng)力圖
該應(yīng)力圖取自其中一個與鳥撞擊的葉片網(wǎng)格，在近t=1ms時，應(yīng)力達(dá)到0.075 Gpa的峰值，然后在整個仿真過程中降低并保持在0.02 Gpa的值。
馮-米塞斯應(yīng)力圖
塑性應(yīng)變圖
此應(yīng)變圖取自其中一個與鳥撞擊的葉片網(wǎng)格。在t=1ms時，應(yīng)變值峰值為0.08，之后8%的應(yīng)變在整個仿真過程中保存恒定。
在鳥撞擊中嚴(yán)重受損的發(fā)動機(jī)葉片
也就是說如果加個網(wǎng)，會嚴(yán)重影響進(jìn)氣效率，進(jìn)而降低發(fā)動機(jī)推力。渦扇發(fā)動機(jī)對空氣流量需求很大，比如AL-31FN渦扇發(fā)動機(jī)，空氣流量是118kg/s。也就是說每秒要吸入90-100立方米的空氣！
在如此高速巨量的氣流中，護(hù)柵（網(wǎng)是承受不住鳥撞的，格柵才行）導(dǎo)致的阻力和進(jìn)氣損失就相當(dāng)可觀了。
導(dǎo)讀
Johnson-Cook本構(gòu)模型是由Johnson和Cook通過大量實驗提出來的，常用于鳥撞擊實驗、汽車碰撞、霍普金森桿等沖擊領(lǐng)域。
J-C模型通過上述簡單表達(dá)式將材料加工硬化效應(yīng)、應(yīng)變率效應(yīng)和溫度效應(yīng)解耦，因此非常便于工程應(yīng)用。J-C模型已內(nèi)置在Abaqus中，可以直接調(diào)用，為材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了寶貴的技術(shù)參數(shù)和參考信息。
初版
有限元模型：
工況設(shè)置：
后處理結(jié)果：
結(jié)果分析：
研究結(jié)果表明：鳥體撞擊發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片的機(jī)械損傷程度和鳥體的撞擊位置有很大的關(guān)系，當(dāng)鳥體撞擊葉梢時，葉尖位移很大，且葉根出現(xiàn)較大應(yīng)力峰值，容易使葉片發(fā)生斷裂，對發(fā)動機(jī)的損傷最大；當(dāng)撞擊葉根和中部時，部分鳥體容易滑入發(fā)動機(jī)內(nèi)，會損傷后續(xù)壓氣機(jī)。實際中應(yīng)該盡量避免葉片與高動能的鳥體發(fā)生碰撞。
研究結(jié)果表明：鳥體撞擊發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片的機(jī)械損傷程度和鳥體的撞擊位置有很大的關(guān)系，當(dāng)鳥體撞擊葉梢時，葉尖位移很大，且葉根出現(xiàn)較大應(yīng)力峰值，容易使葉片發(fā)生斷裂，對發(fā)動機(jī)的損傷最大；當(dāng)撞擊葉根和中部時，部分鳥體容易滑入發(fā)動機(jī)內(nèi)，會損傷后續(xù)壓氣機(jī)。實際中應(yīng)該盡量避免葉片與高動能的鳥體發(fā)生碰撞。
研究結(jié)果表明：鳥體撞擊發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片的機(jī)械損傷程度和鳥體的撞擊位置有很大的關(guān)系，當(dāng)鳥體撞擊葉梢時，葉尖位移很大，且葉根出現(xiàn)較大應(yīng)力峰值，容易使葉片發(fā)生斷裂，對發(fā)動機(jī)的損傷最大；當(dāng)撞擊葉根和中部時，部分鳥體容易滑入發(fā)動機(jī)內(nèi)，會損傷后續(xù)壓氣機(jī)。實際中應(yīng)該盡量避免葉片與高動能的鳥體發(fā)生碰撞。
研究結(jié)果表明：鳥體撞擊發(fā)動機(jī)風(fēng)扇葉片的機(jī)械損傷程度和鳥體的撞擊位置有很大的關(guān)系，當(dāng)鳥體撞擊葉梢時，葉尖位移很大，且葉根出現(xiàn)較大應(yīng)力峰值，容易使葉片發(fā)生斷裂，對發(fā)動機(jī)的損傷最大；當(dāng)撞擊葉根和中部時，部分鳥體容易滑入發(fā)動機(jī)內(nèi)，會損傷后續(xù)壓氣機(jī)。實際中應(yīng)該盡量避免葉片與高動能的鳥體發(fā)生碰撞。
