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客机水上迫降强度数值分析

作　者: 朱晓艳
导　师: 刘立胜
学　校: 武汉理工大学
专　业: 固体力学
关键词: 水上迫降强度分析流固耦合数值计算
分类号: V323
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 86次
引　用: 2次
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内容摘要

随着民航跨海飞行的增多,水上迫降的情况也越来越多。迫降中过程的飞机较大入水速度,强烈的冲击力,造成机身结构的严重变形和破坏,此过程中结构在水载荷下的冲击变形涉及到复杂的非线性问题。关于水上迫降的研究,特别是机身底部的强度分析这方面,对于水上迫降后期漂浮时间的计算,机身结构设计以及整个民航的安全都具有重要的意义。本文采用流固耦合分析,用LS-DYNA有限元软件通过数值方法模拟了水上迫降过程中客机的破损部位及破损面积并对其进行了强度分析,并作出规律性的分析。具体工作如下：1)水上迫降的模型构建。在catia中按照跟真机1:1的比例建立了客机模型,在hypermesh中完成客机模型的几何清理以及网格划分工作,然后倒入ansys中,水域和空物质的网格在ANSYS中完成,接着施加相关的初始和边界条件,最终生成K文件用于LS-DYNA的显式动力学求解。2)水上迫降过程中客机底部压力的提取。这部分通过对刚体模型的数值计算来获得客机底部压力变化,并得到了相应的压力值及分布,并将之与用实验方法通过采用压力传感器获得的压力变化曲线对比分析,进行了水上迫降压力特征分析,并为后面强度模型的关联提供依据。3)水上迫降强度模型的数值计算的验证。这部分采用强度模型,采用流固耦合的方法用LS-DYNA有限元软件,计算了不同质量,不同速度,不同姿态角多种工况,获取了每种工况下的底部破损情况,包括底部应力变化云图,底部破损部位,破损区域面积大小等。4)水上迫降强度模型的计算结果以及规律性分析。结果表明,机身底部的最大应力以及破损面积随入水速度和质量的增大而增大,当入水姿态角为100时,最大应力较小,破损较轻。通过选择一定的压力区间,将强度模型的底部破损特性跟刚体模型中底部的压力特性进行对比,发现4至7atm的压力区间是比较理想的,完成了刚体模型到强度模型的近似替换,得到了破损区间和破损面积。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 研究背景和意义  9-10
  1.2 水上迫降的研究进展和现状  10-13
  1.3 本文的主要研究内容  13-15
第2章破损分析数值研究方法  15-27
  2.1 流体和结构的耦合实现  15-18
    2.1.1 流固耦合的分析方法  15-16
    2.1.2 罚函数及罚函数耦合求解  16-18
  2.2 破损分析数值方法中的ALE算法  18-23
    2.2.1 ALE算法的基本原理及方程  19-20
    2.2.2 非线性流固耦合问题中的ALE分步算法  20-23
  2.3 水载荷作用下的结构冲击变形  23-26
    2.3.1 水载荷作用下的结构冲击变形原理  23-24
    2.3.2 LS-DYNA数值计算中的实现  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章水上迫降强度分析有限元实施方案  27-34
  3.1 工况介绍  27-28
  3.2 水上迫降模型  28-33
    3.2.1 飞机的几何模型  28-29
    3.2.2 水域和空物质域的几何模型  29
    3.2.3 有限元模型  29-30
    3.2.4 材料属性  30-32
    3.2.5 转动惯量的调整  32-33
  3.3 本章小结  33-34
第4章水上迫降底部压力载荷计算  34-43
  4.1 数值计算底部压力有效性验证  34-37
    4.1.1 Wagner理论简介  34-35
    4.1.2 ALE方法的验证模型  35-36
    4.1.3 1 ALE方法的结果验证  36-37
  4.2 水上迫降过程中飞机底部压力特征  37-42
  4.3 水上迫降过程过压力特征分析  42
  4.4 本章小结  42-43
第5章水上迫降底部强度分析  43-53
  5.1 水上迫降过程中飞机底部的破损特性  43-48
  5.2 水上迫降过程中破损特性的规律性分析  48-50
    5.2.1 质量对破损特性的影响  48
    5.2.2 速度对破损特性的影响  48-49
    5.2.3 姿态角对破损特性的影响  49-50
  5.3 水上迫降中的破损特性与底部压力特性的关联  50-53
    5.2.1 45T, 10°姿态角水平速度68Jm/s强度模型与刚度模型对比  51
    5.2.2 45T,10°姿态角水平速度68.3m/s强度模型与刚度模型对比  51-52
    5.2.3 62T, 10°姿态角水平速度68.3m/s强度模型与刚度模型对比  52-53
第6章结论与展望  53-54
  结论  53
  展望  53-54
参考文献  54-58
致谢  58

客机水上迫降强度数值分析

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