发布时间 : 星期一 文章ANSYS椋炴満浠跨湡鏂规 - 鐧惧害鏂囧簱更新完毕开始阅读d0d63658bd64783e09122be0
图4-1-1瑞士Pilatus飞机公司对PC—12飞机用ANSYS进行了动力响应分析 在飞机总体设计分析中要考虑的问题有： 频率和振型
线性和非线性静态和瞬态应力 失稳分析
飞鸟和飞机的撞击 总体气动性能
飞机、发动机的气动匹配
军用飞机的雷达反射特性以及红外辐射特性
ANSYS强大的动力响应分析功能可以快速地进行模态和振型计算。ANSYS可考虑许多因素对模态和振型的影响，可以准确地计算出飞机在各种条件下的模态和振型。
ANSYS 提供的模态综合法为整机大模型的模态计算以及灵活的设计提供了方便。首先对各部件的分别分析，最后通过综合得到整机模态，使得整机的模态分析不受硬件性能 限制。同时，对局部设计的修改之后的整机模态分析并不需要重新分析，只需修改后的部件进行重新分析便可得到精确的整机分析结果。
借助于多层壳及实体单元能建立复合材料模型，这些单元允许叠加各向同性或各向异性材料层，层厚和材料方向允许变化。ANSYS提供的失效准则有最大应变失 效准则、最大应力失效准则和Tsai—Wu失效准则，用户也可以通过用户子程序来定义自己的失效准则。ANSYS的复合材料功能特别适合于有大量复合材料 的飞机系统。
通常,飞机机身有大量的联接,如铆接/焊接/粘结等结构,这些结构的处理是总体分析中极为重要但又 难以处理的问题，ANSYS/LS-DYNA为机身在振动、冲击等作用下的动力相应分析提供了有效的手段。一方面软件自身提供了铆接、焊接（焊缝、电 焊）、粘结等各种功能；另一方面显示求解方法在振动等瞬态分析中容易处理联接、接触等因素。
图4-1-3飞机事故模拟 解决动态撞击问题也是ANSYS的优势所在，通过ANSYS的分析计算可以得到真实的飞鸟和飞机的撞击效果和合理的耐撞结构，但要想通过实验来获得这样的效果是不现实的，不仅耗费无法承受的财力，而且设计周期也会很长。
ANSYS LS-DYNA不但具有很强的碰撞分析功能，还特有安全带单元，可良好地模拟飞机坠地事故（图3-5）中乘员所收到的冲击以及安全带的作用。
ANSYS的计算流体力学分析可以分析从低速到高超音速、从稳态到瞬态的各种气动力学问题，而且由于采用的是有限元法进行计算，所以对计算的结构形式没有任何限制。详见第六章。
ANSYS具有强大的电磁场分析功能，可以很方便地计算军用飞机的雷达和隐身特性，详见第八章。 2.鸟撞问题
已有的实验证明，直径为2毫米的水滴，在750米/秒的速度下撞击马氏体钢，会使后者发生塑性变 形。容易想象，一只重约250克的飞鸟，其相对飞行速度为100-300米/秒与飞机相撞，足以使飞机的挡风玻璃、机体、发动机叶片或外罩等严重变形或破 碎，从而造成灾难，因此鸟撞问题一直是航空航天领域倍受关注的难题。
飞 鸟在撞击结构的过程发生在很短时间内，一般为50毫秒左右，此过程中飞鸟肌体将发生流动变形和解体而四处抛洒，结构亦将产生大变形，甚至发生破坏，例如挡 风玻璃破碎、机体穿透、发动机叶片断裂等。同时，结构的动态响应将在较长时间内持续发生，但令人感兴趣的时间段一般不超过100毫秒。 由于鸟撞整个过程在较短的时间内完成，一般物理实验费用昂贵而且难于提供足够的信息，因此，目前在对飞行器鸟撞研究时，采取方法是以应用有限元技术模拟鸟撞为主，并辅以物理实验。
有限元程序在模拟鸟撞时，必须具备的功能包括： 飞鸟物理材料的描述 飞鸟流动变形的描述 飞鸟与飞行器接触的描述
飞行器结构大变形和破坏过程的描述
当前，世界范围内对鸟撞进行分析广泛采用的工具为ANSYS LS-DYNA。该程序是著名高度非线性有限元显式求解程序，主要用于分析结构在高速撞击、爆炸等动载荷下的动态响应，同时具有强大的流体功能，可进行流体－固体耦合分析。 飞 鸟在高速撞击时将产生强大压力，足以使金属材料发生变形和破坏。在这样的变形条件下，飞鸟的材料呈流体。ANSYS LS-DYNA中的飞鸟材料采用流体动力材料，此种材料除定义一般材料性质如密度、粘度外，附加的状态方程用于定义其流体属性，如可压缩性、飞鸟破碎参数 等。
图4-2-1飞机玻璃鸟撞过程模拟 以 前，人们在进行鸟撞问题分析或实验时主要关注结构（飞行器）的变形和响应，对飞鸟变形过程不够重视，但事实上撞击载荷的大小不仅决定于飞鸟的动能，还与其 流动过程以及破碎的时间密切相关。即正确描述飞鸟的流动和破碎过程对整个分析至关重要。以前的研究对此认识有欠缺。ANSYS LS-DYNA提供两种方式描述飞鸟的流动和破碎：LAGRANGE （或ALE）单元、EULER单元；LAGRANGE （或ALE）的变形能力很大，足以描述与结构分离前的变形，而EULER单元可正确描述任意程度的变形，在图4-2-1的鸟撞过程模拟中，飞鸟即采用的 EULER单元描述。
ANSYS LS-DYNA在处理飞鸟与飞行器的接触过程中亦提供两种方式：1. 当采用LAGRANGE （或ALE）描述时，使用结构/结构接触算法；2. 当采用EULER描述时，采用流体/结构耦合算法。
对于结构（飞行器），可使用ANSYS/LS-DYNA附加破坏算法的结构材料，例如弹性破坏材料（挡风玻璃）、弹塑性破坏材料（叶片、发动机外罩）或可考虑失效的叠层复合材料（机体、机翼）等。
图4-2-2叶片鸟撞过程模拟 DYNA 中有另一种算法很适合鸟撞问题仿真：光顺质点流体动力算法
（smooth-particle-hydrodynamics (SPH)），这种方法的特点是以一组质点定义相应物质，由于没有有限元网格，更易于描述飞鸟的变形和破碎过程，这些质点描述的物质具有拉格朗日属性。图 4-2-2的叶片鸟撞过程即采用的这种方法。