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典型飞机机翼结构爆炸冲击毁伤数值分析研究

张宇 王彬文 白春玉

张宇,王彬文,白春玉. 典型飞机机翼结构爆炸冲击毁伤数值分析研究[J]. 机械科学与技术,2022,41(9):1468-1474 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200473
引用本文: 张宇,王彬文,白春玉. 典型飞机机翼结构爆炸冲击毁伤数值分析研究[J]. 机械科学与技术,2022,41(9):1468-1474 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200473
ZHANG Yu, WANG Binwen, BAI Chunyu. Numerical Analysis of Typical Aircraft Wing Structure Damaged by Explosion Impact[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(9): 1468-1474. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200473
Citation: ZHANG Yu, WANG Binwen, BAI Chunyu. Numerical Analysis of Typical Aircraft Wing Structure Damaged by Explosion Impact[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(9): 1468-1474. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200473

典型飞机机翼结构爆炸冲击毁伤数值分析研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200473
基金项目: 机械结构强度与振动国家重点实验室开放课题(SV2019-KF-23)
详细信息
    作者简介:

    张宇(1994−),助理工程师,硕士,研究方向为结构冲击动力学,305869212@qq.com

  • 中图分类号: O383.1

Numerical Analysis of Typical Aircraft Wing Structure Damaged by Explosion Impact

  • 摘要: 基于经验证的ALE建模方法,通过LS-DYNA有限元软件建立典型飞机机翼爆炸冲击毁伤模型,分析爆炸当量、爆炸间距以及爆炸方位等对典型飞机机翼在爆炸冲击波毁伤下的影响。结果表明:在爆炸冲击波作用下,蒙皮首先出现局部凹陷变形,随后变形程度迅速扩大,但内部长桁/翼肋结抑制沿蒙皮变形,随蒙皮进一步变形,在长桁/翼肋交接处产生初始撕裂裂纹,并迅速扩展;爆炸当量、爆炸距离和爆炸方位等对机翼的损伤范围及损伤模式都有较大的影响;随着TNT当量增加/爆炸距离减小,机翼蒙皮越早产生变形,且变形程度越大;爆炸点位于机翼前侧,导致机翼前缘结构大变形,影响气动特性;爆炸点位于机翼后侧,可能导致操纵面失效。
  • 图  1  文献物理模型示意图[15]

    图  2  本文有限元模型

    图  3  靶板变形对比

    图  4  靶板中心点挠度变化曲线

    图  5  机翼结构

    图  6  机翼爆炸冲击波分析模型

    图  7  冲击波峰值与爆炸点间距

    图  8  爆炸冲击波传播及与机翼的相互作用

    图  9  机翼上端蒙皮损伤变化

    图  10  机翼内部长桁/翼肋损伤变化

    图  11  机翼蒙皮变形

    图  12  爆炸点正下方机翼蒙皮节点变形

    图  13  机翼蒙皮变形

    图  14  爆炸点正下方机翼蒙皮节点变形

    图  15  爆炸方位示意图

    图  16  机翼蒙皮变形

    表  1  空气材料参数

    密度ρ/(kg·m−3 EOS系数C4 EOS系数C5 初始内能E0/J 相对体积V0
    1.29 0.4 0.4 2.5 × 105 1
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    表  2  TNT材料参数

    参数名称 数值及
    单位
    参数名称 数值及
    单位
    密度ρ 1580 kg/m3 EOS系数ω 0.3
    爆轰波速D 6900 m/s EOS系数R1 4.15
    Chapman-Jouget
    压力PCJ
    2.1 × 1010 Pa EOS系数R2 0.95
    EOS系数A 3.71 × 1011 Pa 初始内能E0 7 × 109 J
    EOS系数B 3.2 × 109 Pa 相对体积V0 1
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    表  3  靶板材料参数

    密度ρ/(kg·m−3 弹性模量E/Pa 泊松
    比 $\nu $
    屈服极限σs/Pa 切线模量Et/Pa
    7830 2.06 × 1011 0.3 2.35 × 108 5 × 108
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    表  4  机翼材料参数

    参数名称 数值及
    单位
    参数名称 数值及
    单位
    密度ρ 2780 kg/m3 J-C本构参数Tm 933 K
    弹性模量E 7.1 × 109 Pa J-C本构参数Tr 300 K
    泊松比ν 0.3 J-C失效参数D1 0.13
    J-C本构参数A 3.69 × 108 Pa J-C失效参数D2 0.13
    J-C本构参数B 6.84 × 108 Pa J-C失效参数D3 −1.5
    J-C本构参数n 0.73 J-C失效参数D4 0.011
    J-C本构参数C 0.0083 J-C失效参数D5 0
    J-C本构参数m 1.7
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    表  5  蒙皮变形尺寸

    TNT当量/kg 上部蒙皮/mm 下部蒙皮/mm
    0.20 265.4 192.1
    0.55 442.8 430.0 118.5 105.1
    0.80 563.2 495.5 478.6 435.0
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    表  6  蒙皮变形尺寸

    爆炸位置 蒙皮变形/mm
    前侧 323.3 210.2
    中心 474.5 430.1
    后侧 173.1 118.5
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-09
  • 刊出日期:  2022-09-05

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