隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展,飛機(jī)日益成為民眾遠(yuǎn)行的首選交通工具,當(dāng)今飛機(jī)制造商為了將飛機(jī)做的更大、更輕以便最大限度的提升其載重量,在制造過(guò)程中大量使用了碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）。然而,飛機(jī)在起降過(guò)程中容易遭遇冰雹的撞擊,而CFRP在諸如冰雹之類(lèi)的外載荷沖擊作用下性能會(huì)嚴(yán)重下降,嚴(yán)重危及到乘客及機(jī)務(wù)人員的生命安全。因此,為了揭示沖擊過(guò)程中冰與飛機(jī)的相互作用機(jī)理,并為今后飛機(jī)的設(shè)計(jì)提供相關(guān)數(shù)據(jù)基礎(chǔ),本文利用實(shí)驗(yàn)制冰的方法對(duì)冰雹的相關(guān)動(dòng)態(tài)力學(xué)特性進(jìn)行研究。因此,為了明確凍結(jié)溫度及棉絮含量對(duì)冰動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)特性、破壞形態(tài)及能量變化的影響,通過(guò)在去離子蒸餾水中添加不同比例的棉絮并對(duì)凍結(jié)溫度進(jìn)行合理的控制進(jìn)而制備出-10°C、-20°C及-30°C凍結(jié)溫度下含棉量分別為0%、0.3%和0.5%的試件。利用分離式霍普金森壓桿（SHPB）并結(jié)合高速攝像機(jī)開(kāi)展了不同加載條件下冰試件的動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn),并利用有限元軟件LS_DYNA對(duì)相同工況下的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬。得到的結(jié)論如下:相同凍結(jié)溫度下,含棉量不同試件均出現(xiàn)隨撞擊桿速度增加而強(qiáng)度極限增大的現(xiàn)象;含棉量相同的試件,隨凍結(jié)溫度的降低,試件... 

【文章來(lái)源】：沈陽(yáng)理工大學(xué)遼寧省

【文章頁(yè)數(shù)】：84 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

波音“夢(mèng)想客機(jī)”復(fù)合材料占比示意圖

庥隼妝┨炱??淙輝詬檬奔潿文?飛行速度相對(duì)較低，但是復(fù)合材料部件若遭到冰雹的撞擊，造成的后果往往很?chē)?yán)重。2017年7月，烏克蘭子公司的A320客機(jī)在爬升階段突然受到冰雹撞擊，飛機(jī)機(jī)鼻以及風(fēng)擋部分受損嚴(yán)重，飛行員只能在能見(jiàn)度極低的情況下采取緊急迫降手段。2018年7月，天津航空A320/B1052飛機(jī)在鄭州空域遭遇雹擊，致使左右風(fēng)擋外層破裂以及氣象雷達(dá)失效。2019年5月，南航的A380客機(jī)在由廣州飛往北京降落的過(guò)程中遭遇冰雹襲擊，造成機(jī)鼻部分損傷，駕駛艙風(fēng)擋玻璃破裂，所幸機(jī)組人員按相關(guān)規(guī)范謹(jǐn)慎操作使得飛機(jī)安全降落。圖1.2及圖1.3分別為飛機(jī)遭遇冰雹襲擊后機(jī)鼻以及風(fēng)擋的損傷情況。圖1.2機(jī)鼻損傷情況圖1.3風(fēng)擋損傷情況Fig.1.2AircraftnoseinjuryFig.1.3Aircraftwindshieldinjury由于在撞擊過(guò)程中冰雹與飛機(jī)之間的相對(duì)速度較大且作用時(shí)間較短，因此根據(jù)沖量定理可知，一定質(zhì)量的冰雹撞擊到飛機(jī)的復(fù)合材料后會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大的沖擊載荷。而這會(huì)對(duì)飛機(jī)的相關(guān)結(jié)構(gòu)造成不同程度的損傷甚至直接導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞而失去承載能力。根據(jù)相關(guān)研究成果可知，對(duì)于由高強(qiáng)度纖維組成的復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，當(dāng)外界的沖擊能量達(dá)到5J時(shí)即可使其壓縮強(qiáng)度減小到原有的32%左右，而且還會(huì)對(duì)材料本身的彎曲效應(yīng)以及疲勞強(qiáng)度造成不可忽略的影響，給飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)安全隱患[1]，這嚴(yán)重危及到了乘客以及相關(guān)機(jī)組人員的人身安全。此外，不同于其他材料，冰在沖擊條件下本身形態(tài)時(shí)刻都在發(fā)生變化，力學(xué)性質(zhì)極具復(fù)雜性。由文獻(xiàn)[2,3]可知，當(dāng)冰與其他材料發(fā)生沖擊作用時(shí)，其載荷會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)急劇線(xiàn)性增加，而進(jìn)入卸載段之后則又以非線(xiàn)性趨勢(shì)進(jìn)行卸載，表現(xiàn)出較為明顯的流體特性。并且在加載段與卸載段之間不存在明顯的平臺(tái)期，其動(dòng)態(tài)

天氣，雖然在該時(shí)間段內(nèi)飛行速度相對(duì)較低，但是復(fù)合材料部件若遭到冰雹的撞擊，造成的后果往往很?chē)?yán)重。2017年7月，烏克蘭子公司的A320客機(jī)在爬升階段突然受到冰雹撞擊，飛機(jī)機(jī)鼻以及風(fēng)擋部分受損嚴(yán)重，飛行員只能在能見(jiàn)度極低的情況下采取緊急迫降手段。2018年7月，天津航空A320/B1052飛機(jī)在鄭州空域遭遇雹擊，致使左右風(fēng)擋外層破裂以及氣象雷達(dá)失效。2019年5月，南航的A380客機(jī)在由廣州飛往北京降落的過(guò)程中遭遇冰雹襲擊，造成機(jī)鼻部分損傷，駕駛艙風(fēng)擋玻璃破裂，所幸機(jī)組人員按相關(guān)規(guī)范謹(jǐn)慎操作使得飛機(jī)安全降落。圖1.2及圖1.3分別為飛機(jī)遭遇冰雹襲擊后機(jī)鼻以及風(fēng)擋的損傷情況。圖1.2機(jī)鼻損傷情況圖1.3風(fēng)擋損傷情況Fig.1.2AircraftnoseinjuryFig.1.3Aircraftwindshieldinjury由于在撞擊過(guò)程中冰雹與飛機(jī)之間的相對(duì)速度較大且作用時(shí)間較短，因此根據(jù)沖量定理可知，一定質(zhì)量的冰雹撞擊到飛機(jī)的復(fù)合材料后會(huì)對(duì)其產(chǎn)生較大的沖擊載荷。而這會(huì)對(duì)飛機(jī)的相關(guān)結(jié)構(gòu)造成不同程度的損傷甚至直接導(dǎo)致局部結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞而失去承載能力。根據(jù)相關(guān)研究成果可知，對(duì)于由高強(qiáng)度纖維組成的復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，當(dāng)外界的沖擊能量達(dá)到5J時(shí)即可使其壓縮強(qiáng)度減小到原有的32%左右，而且還會(huì)對(duì)材料本身的彎曲效應(yīng)以及疲勞強(qiáng)度造成不可忽略的影響，給飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)帶來(lái)安全隱患[1]，這嚴(yán)重危及到了乘客以及相關(guān)機(jī)組人員的人身安全。此外，不同于其他材料，冰在沖擊條件下本身形態(tài)時(shí)刻都在發(fā)生變化，力學(xué)性質(zhì)極具復(fù)雜性。由文獻(xiàn)[2,3]可知，當(dāng)冰與其他材料發(fā)生沖擊作用時(shí)，其載荷會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)急劇線(xiàn)性增加，而進(jìn)入卸載段之后則又以非線(xiàn)性趨勢(shì)進(jìn)行卸載，表現(xiàn)出較為明顯的流體特性。并且在加載段與卸載段之間不存在明顯的平臺(tái)期，其動(dòng)態(tài)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]動(dòng)荷載下峰后破裂砂巖能量耗散特征研究[J]. 劉洋,何健,張志雄.  有色金屬工程. 2019(05)
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博士論文
[1]冰載荷作用下碳纖維復(fù)合材料桁條加筋曲面板的沖擊動(dòng)力響應(yīng)研究[D]. 宋振華.暨南大學(xué) 2014
[2]三維多胞機(jī)織復(fù)合材料沖擊響應(yīng)和能量吸收特征[D]. 唐予遠(yuǎn).東華大學(xué) 2008

碩士論文
[1]沖擊荷載下弱風(fēng)化花崗巖的應(yīng)力波傳播特性及能量耗散研究[D]. 蘭德沛.江西理工大學(xué) 2018
[2]高應(yīng)變率下煤系砂巖力學(xué)性能及能量耗散規(guī)律研究[D]. 郭世儒.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3345232