本文關(guān)鍵詞：基于LS-DYNA的冰雹沖擊鋁合金平板數(shù)值模擬

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【摘要】：高速冰雹能夠?qū)︼w機(jī)等航空飛行器造成嚴(yán)重?fù)p傷,威脅其飛行安全,所以對航空材料的抗冰雹沖擊性能進(jìn)行研究具有重要意義。從目前的文獻(xiàn)[4-9]來看,主要是對單個冰雹的試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬研究。本文采用考慮應(yīng)變率效應(yīng)的冰雹材料模型,并應(yīng)用冰雹SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)算法和鋁合金靶板的FEM(Finite Element Method)算法耦合的方法,首先運(yùn)用LS-DYNA軟件建立單個冰雹沖擊AA2014T4鋁合金平板的數(shù)值模型,單冰雹沖擊的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合,在此基礎(chǔ)上探索通過數(shù)值模擬的方式對多個冰雹沖擊的現(xiàn)象進(jìn)行研究。通過數(shù)值模擬本文獲得以下結(jié)論：1.單冰雹沖擊數(shù)值模擬獲得的靶板最大中心位移與參考文獻(xiàn)[5]中試驗(yàn)結(jié)果總體相一致。通過參考文獻(xiàn)[5]中的失效沖擊速度確定了鋁合金材料的失效應(yīng)變,可以模擬鋁合金平板在高速沖擊下的碎裂和穿透失效行為。單冰雹沖擊的數(shù)值模擬結(jié)果表明隨著冰雹直徑、冰雹沖擊速度的增加,鋁合金平板的位移變形和有效塑性應(yīng)變不斷增大,在超過失效應(yīng)變后單元發(fā)生失效。而隨平板厚度的增加抵抗冰雹沖擊的能力增強(qiáng)。2.對不同中心距離的兩個冰雹沖擊進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明隨著中心距離的減小造成沖擊損傷的疊加效應(yīng)增強(qiáng)。使用MATLAB與LS-PREPOST建立了隨機(jī)分布多冰雹沖擊的數(shù)值模型,多冰雹沖擊數(shù)值模擬結(jié)果表明在冰雹數(shù)量較多或冰雹之間中心距離較小時會造成比單冰雹大得多的沖擊損傷,這時按單冰雹沖擊試驗(yàn)所確定的平板厚度不能滿足安全要求,需要通過多冰雹沖擊數(shù)值模擬評估鋁合金平板的抗冰雹沖擊性能。
【關(guān)鍵詞】：冰雹沖擊 數(shù)值模擬 LS-DYNA SPH法
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V250.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-12
• 1.1 研究背景和意義8-9
• 1.1.1 高速冰雹沖擊對飛機(jī)等航空飛行器的安全威脅8
• 1.1.2 鋁合金材料的應(yīng)用8-9
• 1.2 冰雹高速沖擊研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 現(xiàn)有研究的不足之處10
• 1.4 本文的主要工作和內(nèi)容10-12
• 第二章 冰雹沖擊鋁合金平板理論與數(shù)值計算方法12-21
• 2.1 彈性動力學(xué)基本方程與數(shù)值計算方法12-13
• 2.2 大變形動力學(xué)基本方程與數(shù)值計算方法13-15
• 2.3 材料非線性理論及其數(shù)值計算方法15-16
• 2.4 接觸碰撞的數(shù)值計算方法16-17
• 2.5 網(wǎng)格描述方法簡介17-19
• 2.6 LS-DYNA程序簡介19
• 2.7 本章小結(jié)19-21
• 第三章 單個冰雹沖擊鋁合金平板的數(shù)值模擬21-46
• 3.1 冰雹材料模型選擇21-23
• 3.2 鋁合金材料模型的確定23-27
• 3.3 數(shù)值模擬重要參數(shù)設(shè)置說明27-31
• 3.3.1 單位系統(tǒng)選擇27
• 3.3.2 單元設(shè)置27-29
• 3.3.3 沙漏控制29
• 3.3.4 接觸設(shè)置29
• 3.3.5 初始速度及邊界條件設(shè)置29-30
• 3.3.6 阻尼設(shè)置30-31
• 3.3.7 計算時間及結(jié)果輸出文件設(shè)置31
• 3.4 冰雹沖擊鋁合金平板試驗(yàn)31-32
• 3.5 數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比32-37
• 3.5.1 單元尺寸對數(shù)值模擬結(jié)果的影響32-35
• 3.5.2 不同情況的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對比35-37
• 3.6 失效應(yīng)變的確定37-43
• 3.6.1 通過模擬拉伸試驗(yàn)預(yù)測失效應(yīng)變方法37-40
• 3.6.2 通過失效試驗(yàn)沖擊速度確定失效應(yīng)變40-43
• 3.7 不同參數(shù)的的影響分析43-45
• 3.7.1 冰雹直徑的影響43
• 3.7.2 沖擊角度的影響43-44
• 3.7.3 沖擊速度的影響44
• 3.7.4 鋁合金平板厚度的影響44-45
• 3.8 本章小結(jié)45-46
• 第四章 多個冰雹沖擊鋁合金平板數(shù)值模擬46-61
• 4.1 兩個冰雹連續(xù)沖擊數(shù)值模擬46-49
• 4.1.1 速度為300m/s的兩冰雹連續(xù)沖擊0.91mm平板46-47
• 4.1.2 速度為300m/s的兩冰雹連續(xù)沖擊1.63mm平板47
• 4.1.3 速度為389.8m/s的兩冰雹連續(xù)沖擊0.91mm平板47-48
• 4.1.4 速度為389.8m/s的兩冰雹連續(xù)沖擊1.63mm平板48-49
• 4.2 兩個冰雹同時沖擊數(shù)值模擬49-51
• 4.2.1 距離為30mm的兩個冰雹同時沖擊49
• 4.2.2 距離為35mm的兩個冰雹同時沖擊49-50
• 4.2.3 距離為40mm的兩個冰雹同時沖擊50-51
• 4.3 平板尺寸對沖擊結(jié)果的影響51-52
• 4.4 隨機(jī)分布多個冰雹沖擊數(shù)值模擬52-60
• 4.4.1 速度為300m/s的隨機(jī)分布冰雹沖擊54-57
• 4.4.2 速度為389.8m/s的隨機(jī)分布冰雹沖擊57-58
• 4.4.3 平板厚度為3mm的隨機(jī)分布冰雹沖擊58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第五章 總結(jié)與展望61-63
• 5.1 總結(jié)61-62
• 5.2 展望62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文67

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