基于气囊缓冲的某火箭炮着陆冲击分析

目的减小火箭弹着陆冲击加速度。方法基于LS-DYNA瞬态动力学分析软件和冲击动力学理论,采用有限元软件HYPERMESH建立火箭炮-气囊系统有限元模型,采用显式动力学方法对火箭炮-气囊系统的着陆冲击缓冲过程进行仿真。分析火箭炮在正常着陆工况下,火箭弹的着陆冲击响应,得出空投装备速度、加速度变化曲线,以及气囊的体积、压力曲线。结果在正常着陆工况下,火箭弹横向加速度的最大值为122 m/s2,小于安全的横向加速度;火箭弹纵向加速度的最大值为48.3 m/s2,小于安全的纵向加速度;火箭弹的最大轴向力为2640 N,小于安全闭锁力。结论在火箭炮着陆冲击过程中,气囊缓冲装置吸收了大部分冲击能量,起到了良好的缓冲作用,火箭弹的冲击加速度、闭锁力均在安全范围内。采用显式动力学方法对火箭炮的着陆冲击过程进行分析是可行的。     

舰载机机载设备弹射和拦阻冲击试验条件研究

弹射和拦阻冲击试验是舰载机机载设备必要的考核试验之一,而目前相关标准并未明确试验具体量值,且国内缺少试验经验,这会影响试验工作的开展。基于此,从GJB 150.18A—2009规定的阻尼正弦波出发,结合项目研制过程数据,提出波形频率和振幅的确定方法。波形频率可根据类似机型的地面共振试验数据或全机振动模态分析结果确定,这里利用弹性缩比模型地面动响应试验和带通滤波法来预计瞬态波振幅,并说明了阻尼正弦波实施案例和对试验设备冲程的要求。从累积损伤角度出发,认为采用随机振动试验替代弹射和拦阻冲击试验是可行的,而不能采用常规冲击试验进行替代。根据随机振动3σ响应谱和冲击响应谱的对比分析,提出了采用振动功能试验替代弹射和拦阻冲击试验的前提条件——设备安装频率应高于要求值。     

爆炸螺栓分离对热防护系统冲击响应分析

目的考察在爆炸螺栓分离过程中,作用在TPS(热防护系统)上的冲击响应是否会导致其破坏,从而影响航天器飞行安全,对过程进行数值仿真分析。方法提出四阶段仿真方案,基于MSC.Dytran软件,采用流固耦合方法对爆炸螺栓分离过程进行动力学仿真;根据单个爆炸螺栓地面分离试验的结构进行建模和分析,获取结构响应曲线;再根据实测的冲击响应数据,对爆炸过程中炸药及JWL方程的参数等设置进行调整,获取准确爆炸螺栓的分析模型;最后应用于对真实结构中TPS(热防护系统)在分离过程里受爆炸螺栓冲击响应的动力学分析与评估。结果通过参数调整,获得的仿真模型与爆炸螺栓地面分离试验实测结果一致,证明了仿真模型的有效性和四阶段仿真方案的可行性。结论提取的真实结构爆炸螺栓分离过程中作用在TPS(热防护结构)上的最大加速度响应曲线,可用于指导TPS(热防护系统)的设计。     

航炮炮舱结构的炮振响应分析

目的获得航炮发射时炮舱结构的动响应。方法依据火炮发射原理,使用化学爆炸模拟炮口冲击波,建立航炮发射时炮口冲击载荷的表达模型。利用ALE方法处理高压流动空气与炮舱表面的流固耦合问题,通过数值计算获得发射气流冲击载荷作用下炮舱结构的表面压力分布与动响应。利用试验结果,修正载荷与炮舱模型的有关参数。结果计算得到的炮舱动响应与试验结果相比较,误差在可接受范围内。结论建立了一种使用化爆模拟冲击波进行航炮炮舱结构炮振响应仿真计算的技术方法,初步确定了结构危险部位,为后续炮舱结构减振设计创造了条件。     

弹射起飞和拦阻着陆冲击试验方法探讨

目的研究舰载机机载装备弹射起飞和拦阻着陆冲击试验的工程实现方法。方法从GJB 150.18A—2009、MIL-STD-810F/G及其提供的实测数据出发,分析弹射起飞和拦阻着陆冲击载荷特征,对几种常用试验方法的工程实现进行探讨和比较。结果弹射起飞和拦阻着陆冲击具有瞬态、交变、低频、大位移、高速度等特征。阻尼正弦波方法的实施路径比较明确,复杂波形再现方法实施路径比较模糊且复杂,超长脉冲半正弦波方法具有多种局限性,前两种方法的速度、位移都较大。结论阻尼正弦波方法较复杂波形再现方法更容易实现,但两者都需要大位移、高速度的专用冲击试验设备和适当的波形处理技术,超长脉冲半正弦波方法在前面两种标准推荐方法能够实现时,不建议使用。     

基于PAM-CRASH的飞机着舰拦阻系统动力学仿真分析

目的研究拦阻和着舰过程中拦阻钩的动态响应,为拦阻钩的多冲动力学分析提供依据。方法运用PAM-CRASH软件建立着舰拦阻冲击动力学的有限元模型,将整个过程分解为着舰和拦阻两个不同的阶段,考虑柔性体的建模方法。结果通过仿真分析,得到拦阻着舰过程中响应最大的位置,得到绳索拦阻的最大载荷。结论针对飞机拦阻钩结构动力学模型,就其啮合过程进行了动力学仿真,考虑飞机的航向及下沉速度综合作用下拦阻绳索的动态响应,探索了柔性拦阻绳索结构的动力学模拟方式。     

基于弹性模型的飞机操纵动响应分析

目的 更好地研究飞机在操纵情况下的机体载荷和机体响应,同时验证动态响应分析模型和方法。方法 以某型飞机突风载荷分析用的动气弹仿真模型为基础,考虑机体弹性修正和气动模型修正,梳理试验试飞的舵偏数据,利用MSC软件的动气弹仿真分析模块,将试飞的舵偏数据作为输入信号,开展舵面操纵情况下的机体响应仿真,并将飞机操纵情况下的机体响应分析结果与试验试飞结果进行对比。结果 经过仿真和对比分析可以发现,分析数据和试飞数据整体吻合较好,能够较好地表征飞机的气动特性和结构动力学特性,同时在分析数据和试飞数据中均有比较明显的机体弹性响应成分。对于弹性飞机而言,除操纵造成的机体刚体响应外,机体弹性会带来额外的振动响应,对于特定的部位,这种振动可能是不可忽略的,需要根据具体情况进行详细分析。结论 这种振动响应对飞机操纵、乘客舒适性是否会产生不利影响,需要进一步开展研究工作。     

基于瞬态分析的浮动核电站高能管路冲击疲劳寿命评估

目的合理评估浮动核电站高能管路在水下冲击载荷下的疲劳寿命。方法开展高能管路静载、模态和瞬态响应分析,得到管路在水下冲击作用下的应力时程曲线,为管路疲劳寿命估算提供基本应力谱输入。基于冲击疲劳损伤模型,运用nCode疲劳分析软件,估算管路的冲击疲劳寿命。结果管路在一次冲击载荷作用下会经历多次应力循环,最大应力值超过材料屈服极限的11%。管路在横向冲击作用下的冲击疲劳寿命为3.95×10~4次。结论管路在冲击载荷作用下的最大应力响应发生在冲击输入的正向三角波之后,反向三角波之内,是由于惯性效应造成的响应滞后现象。管路固定端、弯头和三通是应力集中区域,管路疲劳破坏一般发生在这些局部区域。     

飞机重载大变形伸缩变体机构动力学仿真研究

目的为适应先进战斗机外形变体需求,设计复杂严重载荷环境下的伸缩机构,在整体弯曲、扭转等大变形条件下发挥支持变体运动和传递大载荷的系统功能。方法针对此类重载大变形伸缩机构,构建一种结合机构动力学和结构动力学的仿真分析方法,综合考虑运动过程中整体刚度分布变化带来的载荷、运动传递特性变化,以及局部轮轨运动组件的接触动力学细节,开展伸缩过程中的动力学仿真。结果计算获取了整个伸缩机构在严重外载荷下的伸缩过程运动参数变化和机构动响应,与典型盒段带载伸缩运动试验测试相比,机构连接交点载荷最大值的计算误差不超过7.9%,自由端位移最大值的计算误差不超过13.2%。结论建立的方法为各组件的传动传载性能优化和结构强度设计分析提供了一种可靠高效的仿真手段,对于变体飞机伸缩运动部件的结构/机构一体化设计有重要的应用价值。     

高超声速导弹随机振动响应分析

目的 研究某高超声速导弹飞行过程中的振动状态,获得导弹在给定压力载荷下的振动响应特性。方法结合有限元分析、随机振动理论,利用三维软件构建导弹有限元模型,并在Ansys Workbench平台对其进行模态分析及谐响应分析。基于模态分析结果,对导弹进行随机振动响应试验,探究导弹在频域及力学上的振动响应特征。结果 计算得出导弹前六阶固有频率和振型,获得导弹上一检测点在给定振动激励载荷下的加速度响应曲线,并得到导弹整体结构的应力分布云图。结论 导弹模型强度符合要求,导弹在振动激励载荷下的加速度响应峰值均出现在380～400Hz,应力极值出现在导弹尾部区域,在此区域内,导弹更易产生结构性损伤。在飞行器地面环境模拟试验中,应着重考虑此频域及位置的振动条件。     

复合材料尾翼前缘结构抗鸟撞仿真及试验验证研究

目的 依据适航条款25.631的要求,对飞机复材尾翼前缘结构抗鸟撞能力进行仿真分析及试验验证。方法 根据复材鸟撞仿真计算的需要,建立了获取复材动态力学性能参数的试验矩阵,开展了复材动态力学性能测试及本构模型参数标定。应用标定后的复材本构模型参数,对尾翼前缘结构的抗鸟撞能力进行了仿真分析,同时开展了试验验证。结果 试验结果与仿真结果良好的一致性,表明建立的鸟撞数值仿真模型能够较合理地预计尾翼前缘结构的损伤。结论 建立的试验证矩阵和经试验验证过的复材鸟撞仿真分析方法对飞机结构抗鸟撞设计具有一定的指导作用。     

某型飞机起落架舱上蒙皮振动测量与分析

目的研究起落架舱上蒙皮裂纹原因。方法通过建立起落架舱有限元模型,进行固有频率特性计算,同时空测故障区域蒙皮的振动加速度以及动应力,对起落架舱蒙皮的振动情况进行分析。结果起落架舱三角区故障区域振动量级大于非故障区域,起落架舱三角区振动功率谱密度最大值的频率区间在200~500 Hz的中频频段,起落架舱三角区结构振动的幅值与飞机的法向过载Ny密切相关,静载大概是动载的100倍。结论飞机机动过载产生的静载远大于振动产生的动载,起落架舱三角区故障区域以静载为主,是造成裂纹的主要原因。     

某型飞机尾翼前缘不同构型抗鸟撞计算与试验分析

目的通过不同构型的抗鸟撞研究,找到满足25.631[1]条吸能最好的尾翼前缘构型。方法结合某型民机尾翼前缘结构设计,规划了3种构型6种方案进行优选,分析中,鸟体采用SPH光滑粒子,金属材料则考虑了不同应变率下的动态力学性能,对其进行了结构动力学鸟撞冲击仿真分析,并同选型研发试验的结果进行了对比。结果仿真与试验结果一致,吻合度较高,结合吸能情况,选择最佳的前缘布置方案。结论验证了仿真分析手段的合理可靠性,并且在构型优化过程中得到最佳设计方案。     

强冲击荷载作用下加无粘结预应力筋格栅坝动力响应分析

泥石流拦挡坝主要以增加自身刚度来提高其拦挡能力,但对于巨石块的碰撞,坝体刚度越大,其受冲击力也越大,相应的坝体结构破坏也越大。创新性地将无粘结预应力筋设置在普通格栅坝中,利用ABAQUS软件对普通格栅坝和加无粘结预应力筋格栅坝在相同冲击条件下(以10m/s的冲击速度)坝体被撞后动能的变化、加速度响应值、位移值和Von-mises应力进行了有限元数值模拟计算与对比分析。结果表明:加无粘结预应力筋格栅坝比普通格栅坝能吸收更多的冲击能量,冲击方向的加速度响应值更小,具有更好的抗冲击性能。     

基于应变模态方法的飞机蒙皮分布动载荷识别

目的解决飞机蒙皮分布动态载荷确定的工程实际问题。方法将基于广义正交多项式的复杂分布动载荷识别技术与应变模态理论相结合,建立利用有限个测点的应变响应和结构应变频响函数作为已知参数的飞机蒙皮分布动载荷识别模型。利用Nastran软件,以某型飞机机身中段外蒙皮为例,分别采用位移模态方法和应变模态方法进行了70、80、90、100 Hz下的蒙皮分布动载荷识别,并进行对比分析。结果以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法,在各计算频率下均具有较好的识别精度,最大识别误差为8.9%,能够满足工程应用。在各识别频率下,采用应变方法识别过程中的积分矩阵条件数小于位移方法。在100 Hz识别频率下增加3%随机误差干扰后,位移识别方法最大误差为19.4%,采用应变方法的载荷识别最大误差为9.8%。结论相比于传统的采用位移模态的载荷识别方法,以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法具有更好的数值稳定性,对于解决结构共振频率附近频响函数矩阵奇异性问题具有很好的应用价值。     

高速球形弹丸对飞机油箱结构的毁伤效应影响

目的研究高速球形弹丸对飞机油箱结构的毁伤效应。方法基于LS-DYNA有限元分析软件和光滑粒子流体动力学理论,建立弹丸高速冲击充液油箱的动力学分析模型,分析不同弹丸冲击速度、不同充液比例情况下油箱结构的动态冲击响应和毁伤机理。结果充液比例对弹丸的速度衰减变化几乎没有影响;弹丸速度和充液比例均对油箱结构的动态冲击响应有较大影响。随着弹丸速度的增加,油箱前后壁板的变形量逐渐增加;随着充液比例的增加,油箱结构的变形量逐渐增大,破坏也更严重,且部分充液箱体的变形明显小于完全充液的情况。结论充液比例越大、弹丸速度越高,油箱毁伤程度越大。