某型飞机口盖撞击问题研究.pdf
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1、专题研究某型飞机口盖撞击问题研究胡益富,黄晓霞,夏佳丽,黎永平(航空工业洪都,江西南昌,330 0 2 4)摘要:某小型无人飞机在降落回收时,通过锁体爆炸实现降落伞与飞机分离,但锁体将直接砸向飞机。飞机背部油箱口盖采用全复合材料泡沫夹芯结构,其遭受冲击可能导致油箱破损漏油,将严重威胁飞机正常使用。为解决该问题,采用有限元软件MSC.Dytarn对现有口盖方案以及多个优化方案进行仿真分析,通过对比分析结果,成功改进了结构方案。关键词:MSC.Dytarn;低速冲击;复合材料;有限元Study on Access Cover Impact Problem of a Certain Aircraft
2、Hu Yifu,Huang Xiaoxia,Xia Jiali,Li Yongping(AVIC HONGDU,Nanchang,Jiangxi,330024)Abstract:During the landing and recovery process of a small UAV,the parachute is separated from theUAV through a lock explosion,but the lock would directly go toward the aircraft.The fuel tank access coveron the back of
3、the UAV is made of all composite foam sandwich structure.The impact may lead to fuel tankdamage and leakage,which will seriously threaten the normal use of the UAV.To solve this problem,the fi-nite element software MSC.Dytarn is used to simulate and analyze the existing access cover scheme and themu
4、ltiple optimization schemes.By comparing the analysis results,the structural scheme is successfully im-proved.Key words:MSC.Dytarn;Low-speed impact;Composite material;Finite element设计中考虑复合材料低速冲击损伤问题,提高结构的0引言抗低速冲击损伤性能就变得非常重要。某小型无人飞机在降落回收接触地面时,飞机顶部复合材料冲击损伤一般分为层内损伤和层间损的降落伞锁体爆炸将降落伞与飞机分离,与机体连接伤,基于这一点发展出不
5、同的损伤预测模型。一侧的锁体将直接砸向飞机机身背部中段。机身中段层内损伤的分析采用基于传统应力强度理论的为油箱,背部油箱口盖采用全复合材料,口盖遭受冲预测模型 2 。该模型是以材料内部某点处的应力水平击可能导致油箱破损漏油,将严重威胁飞机正常使用。或一定区域的平均应力水平作为失效准则来判定损复合材料结构在受到外来物冲击,特别是低速冲伤的产生。由于复合材料损伤破坏机理十分复杂,失击时,极易产生各种内部损伤破坏,削弱了复合材料效准则往往不具有普遍适用性,因此出现了大量的失性能。万玉敏 1 采用实验的手段得出泡沫夹层复合材效准则,如最大应力失效准则、修正的Tsai一wu失效料抗冲击能力比复合材料层合
6、板好的结论,但冲击问准则、Hashin失效准则、Chang-Chang失效准则等。题已成为复合材料发展的主要技术障碍。因此在结构层间损伤的分析基于损伤仅在纤维铺设角度不作者简介:胡益富,男,19 8 7 年12 月出生,硕士,工程师。教练机2 0 2 3.NO.251教练机TRA/NERAVIC同的两相邻子层之间的界面处产生、扩展。因此,在可2.1+3能发生分层的子层间引入一层厚度极薄界面单元,通012式中:T=S过界面单元的失效破坏,可以真实有效地模拟预测分层损伤的产生及其扩展过程 3。各种损伤模式可能单独或结合在一起发生,众多的损伤破坏因素,给实验研究带来了很大的困难。因此,借助仿真分析软
7、件可以加快产品设计,降低实验成本 4-7 。本文将采用被广泛使用的瞬态动力学仿真分析软件MSC.Dytran对油箱口盖进行冲击动力学仿真,前处理软件采用MSC.Patran软件,不考虑层间破坏,复合材料面板损伤失效采用Chang-Chang准则。1油箱口盖低速冲击分析降落伞与机体连接一侧的锁体重量为16 3.3g,依据降落伞分离高度、爆炸能量换算,相当于锁体从5m高处跌落,即与口盖的撞击速度为9.8 2 m/s。口盖及锁体结构形式如图1所示。分离锁体图1复合材料泡沫夹芯口盖结构简图1.1模型建立口盖为复合材料泡沫夹芯结构形式,理论重量295.8g。油箱口盖内、外表面均采用四层碳纤维,单层纤维板
8、厚度0.2 mm,单层板材料性能见表1。内、外表面铺层均为 0/45/9 0/-45。不考虑层间破坏,复合材料面板损伤失效采用Chang-Chang 准则 8 ,其失效判断如下:纤维折断:X,基体开裂:222+T 1(2 0)Y,基体压缩:2222S52|教练机2 0 2 3.NO.22212321+2X,一纵向拉伸强度;X。一纵向压缩强度;Y一横向拉伸强度;Y。一横向压缩强度;S一剪切强度。夹芯采用PMI泡沫,泡沫厚度10 mm,材料性能见表2。泡沫夹芯可认为是各向同性材料,采用最大应力失效准则判断损伤。表1复合材料单层板材料性能纵向弹性模横向弹性模平面剪切模泊松比密度p量Ei(MPa)量E
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