平板條葉片撞擊金屬靶板數(shù)值方法研究.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣需要要具有很好的包容能力，不能讓轉(zhuǎn)子碎片擊穿機(jī)匣，造成飛機(jī)的二次損壞。航空大國(guó)在民用和軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)范中都有專門條文對(duì)包容性做出嚴(yán)格規(guī)定，我國(guó)自行研制的大飛機(jī)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，要取得適航證，就必須通過包容性驗(yàn)證．為了研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的包容性問題，本文將航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片碎片和機(jī)匣包容區(qū)簡(jiǎn)化為平板條葉片和金屬靶板，分別研究平板條葉片撞擊金屬等厚靶板過程及數(shù)值評(píng)定方法、平板條葉片撞擊加筋結(jié)構(gòu)金屬靶板數(shù)值仿真方法及加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)

2、計(jì)方法。
　　 結(jié)合打靶試驗(yàn)，通過建立平板條葉片撞擊金屬等厚靶板的計(jì)算模型，顯式求解沖擊過程，計(jì)算不同彈靶結(jié)構(gòu)下金屬靶板的彈道極限和殘余速度，獲得了與試驗(yàn)非常吻合的結(jié)果。由于彈體和塞柱之間多次撞擊，靶板在沖擊過程中多次回彈，靶板呈現(xiàn)多種破壞方式。靶板未擊穿時(shí)，其變形撓度滿足指數(shù)函數(shù)形式的經(jīng)驗(yàn)公式；靶板被擊穿時(shí)，殘余速度和初速度關(guān)系滿足Recht-Ipson公式。研究發(fā)現(xiàn)使用破壞勢(shì)能法和K.A貝爾金公式用來(lái)計(jì)算靶板的彈道極限速度在

3、工程上是可行的。
　　 為研究加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)對(duì)包容能力的影響，建立了平板條葉片撞擊加筋結(jié)構(gòu)金屬靶板的數(shù)值仿真模型，并且細(xì)化和修正了航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣和葉片材料TC4的本構(gòu)模型參數(shù)．仿真結(jié)果顯示，加筋板的失效形式主要有局部剪切沖塞、整體彈塑性變形、背部花瓣形破壞、沿加強(qiáng)筋撕裂、靶板橫向撕裂等．研究結(jié)果表明工程上將加強(qiáng)筋簡(jiǎn)化為等效厚度的計(jì)算方法是可行的，且相同質(zhì)量的加筋板結(jié)構(gòu)比等厚板抗沖擊性能好，建議航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣包容區(qū)域應(yīng)盡量設(shè)計(jì)成帶加強(qiáng)

4、筋結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)包容能力。
　　 在平板條葉片撞擊加筋結(jié)構(gòu)靶板的數(shù)值仿真基礎(chǔ)上，分析加強(qiáng)筋的布置對(duì)殘余速度和彈道極限的影響，以期找到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的途徑。計(jì)算結(jié)果表明：葉片撞擊區(qū)域布置加強(qiáng)筋數(shù)目越多，靶板抗沖擊性能越好，為減輕重量，布置2～3條加強(qiáng)筋是合理的；而非撞擊區(qū)域的加強(qiáng)筋影響不大，可以不設(shè)置。比較了相同質(zhì)量情況下加強(qiáng)筋不同高度與厚度時(shí)的抗沖擊性能，計(jì)算結(jié)果表明加強(qiáng)筋設(shè)置成細(xì)高型抗沖擊性能更好，同等重量的“T”型加強(qiáng)筋比“I”型加強(qiáng)