涡轮发动机喘振冲击动力学特性数值研究

1

作者 柴象海 郭保 +2 位作者 侯乃先 曹传军 王进春 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第1期128-133,共6页

喘振作为涡轮发动机典型故障形态,严重时可能导致压气机转静子碰摩失效,需要建立有效的分析方法。采用预置穿透的显式动力学数值仿真方法,分析喘振载荷下压气机转子叶片与机匣涂层刮蹭导致的叶片变形和损伤过程;采用压气机转子叶片表面... 喘振作为涡轮发动机典型故障形态,严重时可能导致压气机转静子碰摩失效,需要建立有效的分析方法。采用预置穿透的显式动力学数值仿真方法,分析喘振载荷下压气机转子叶片与机匣涂层刮蹭导致的叶片变形和损伤过程;采用压气机转子叶片表面非稳态载荷加载显式动力学数值仿真方法,获取叶片在实测喘振脉动压力作用下展开变形变化规律;采用压气机转子叶片冲击响应过程模态特性分析方法,获取叶片模态对喘振变形影响规律。涡轮发动机喘振冲击动力学特性数值研究结果表明,喘振状态压气机叶片动力学特性能够通过显式动力学数值仿真方法复现,能够为进喘导致的转静子径向和轴向碰摩故障机理分析、事故定位和过程复现提供依据。 展开更多

关键词 涡轮发动机 喘振 压气机叶片 径向碰摩 轴向碰摩 数值仿真

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车人碰撞事故再现输入参数置信区间分析 被引量：3

2

作者 柴象海 金先龙 +1 位作者 张晓云 侯心一 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2009年第10期174-178,共5页

传统交通事故仿真根据经验选取仿真参数,通过参数修正反复调整模型,由此得到的仿真结果与真实事故过程存在很大差距,尤其是难以确定各输入参数取值区间分布对仿真结果的影响,使结果缺乏可信性和说服力。探讨了通过交通事故仿真与优化计... 传统交通事故仿真根据经验选取仿真参数,通过参数修正反复调整模型,由此得到的仿真结果与真实事故过程存在很大差距,尤其是难以确定各输入参数取值区间分布对仿真结果的影响,使结果缺乏可信性和说服力。探讨了通过交通事故仿真与优化计算相集成对事故仿真结果进行可靠性分析,取得输入参数置信区间分布。通过车人碰撞交通事故实际案例,输入参数置信区间分析结果表明:在各置信区间内,事故再现结果可靠性及输出参数分布符合碰撞过程规律,能够真实反映输入参数的变化对再现结果的影响。 展开更多

关键词 事故再现 数值仿真 仿真优化 可靠性分析

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基于Agent的公共场所突发事件三维仿真建模与应用 被引量：8

3

作者 柴象海 金先龙 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期1669-1673,共5页

针对公共场所突发灾难而面临人员密集和角色复杂环境的特点,采用基于视景仿真技术的多Agent体系结构再现事故发生环境,建立支持多角色用户协同的突发灾难应急响应虚拟演习场景.分析了对公共场所这一特定领域进行仿真建模的方法与特征,将... 针对公共场所突发灾难而面临人员密集和角色复杂环境的特点,采用基于视景仿真技术的多Agent体系结构再现事故发生环境,建立支持多角色用户协同的突发灾难应急响应虚拟演习场景.分析了对公共场所这一特定领域进行仿真建模的方法与特征,将多Agent技术应用于仿真模型,并与真实角色组成虚拟环境而实现分布式架构.通过基于多Agent的三维地铁站突发火灾仿真场景建模应用实例表明,模型建立速度快、成本低,演习过程生动,内容丰富多变.本文建模方法可适用于所有人员密集的公共场所三维仿真模型的构建,并对场景中发生的突发灾难提供模型支持. 展开更多

关键词 场景仿真 突发灾难 分布式协同 虚拟现实

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面向受害人体型特征的交通事故再现计算方法

4

作者 柴象海 金先龙 +1 位作者 张晓云 侯心一 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2010年第4期138-142,共5页

面向受害人体型特征的交通事故再现依据事故遗留下的制动印迹、车身变形、人体损伤等信息,建立汽车及符合受害人体型特征的人体模型,利用数值仿真技术获得碰撞前车辆速度及车人接触位置,结合多刚体动力学和人体损伤分析等理论,得出车辆... 面向受害人体型特征的交通事故再现依据事故遗留下的制动印迹、车身变形、人体损伤等信息,建立汽车及符合受害人体型特征的人体模型,利用数值仿真技术获得碰撞前车辆速度及车人接触位置,结合多刚体动力学和人体损伤分析等理论,得出车辆变形及人体损伤部位的生物力学数值。通过上述方法对一起车人碰撞事故案例进行实际应用,并比较行人不同体型特征对事故仿真结果的影响,分析结果表明:与采用标准百分位假人仿真结果相比,计算结果能够更好的与现场勘测及法医鉴定相吻合,从而为交通事故责任认证提供科学的理论依据和数值参考。 展开更多

关键词 事故再现 体型特征 车人碰撞 数值仿真

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点阵构型对夹层结构抗鸟撞性能的影响

5

作者 阎军 张晨光 +4 位作者 赛音夫 王福浩 霍思旭 柴象海 阎琨 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期212-217,245,共7页

空心夹层叶片由于同时具备轻量化与吸能特性而被广泛应用于航空发动机设计,研究了四种不同点阵构型对填充式叶片等效模拟件的抗鸟撞能力的影响。通过均匀化方法给出四种点阵构型的等效刚度,然后基于随形自适应点阵填充结构的建模方法建... 空心夹层叶片由于同时具备轻量化与吸能特性而被广泛应用于航空发动机设计,研究了四种不同点阵构型对填充式叶片等效模拟件的抗鸟撞能力的影响。通过均匀化方法给出四种点阵构型的等效刚度,然后基于随形自适应点阵填充结构的建模方法建立点阵填充的曲板模型,通过3D打印将单胞填充平板结构制造出来进行鸟撞试验并进行数值仿真。从变形机理和能量吸收的角度分析了四种不同单胞下填充结构的抗鸟撞性能,BCC具有更好的抵抗z方向挠度和面内y方向的褶皱两种变形的表现且相比于其他几种结构的吸能作用更优,所以BCC具有更好的抗鸟撞能力。 展开更多

关键词 点阵填充结构 数值模拟 随形填充 鸟撞试验

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基于数字化摄影测量的交通事故信息采集和过程再现 被引量：14

6

作者 杨博 金先龙 +3 位作者 张晓云 柴象海 徐炯 侯心一 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2010年第6期530-534,546,共6页

针对目前交通事故信息采集和过程再现存在的不足,建立了基于二维和三维直接线性变换法的摄影测量模型,分别采用两种方案对目标物进行三维重建的实验和结果的对比分析。以一起真实交通事故为例,运用摄影测量方法采集现场路面和车身变形... 针对目前交通事故信息采集和过程再现存在的不足,建立了基于二维和三维直接线性变换法的摄影测量模型,分别采用两种方案对目标物进行三维重建的实验和结果的对比分析。以一起真实交通事故为例,运用摄影测量方法采集现场路面和车身变形的信息。以路面信息为事故再现的输入数据,求解事故车辆碰撞瞬时速度;以车身变形信息为评判依据,验证所求车速。重建结果表明,摄影测量方法可提高交通事故信息采集效率和事故再现精度。 展开更多

关键词 摄影测量 事故再现 三维重建 直接线性变换法

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基于现场多元信息的大客车事故再现 被引量：1

7

作者 徐炯 金先龙 +2 位作者 张晓云 柴象海 侯心一 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2010年第10期841-845,859,共6页

以一起典型的大客车碰撞事故为例,综合利用摄影测量方法、变形/能量方法和多刚体动力学方法,建立了车辆和事故现场模型,对车辆碰撞过程、人体损伤和车辆内饰变形进行数值仿真再现,并与痕迹物证及医学鉴定结论进行对比,验证了方法和模型... 以一起典型的大客车碰撞事故为例,综合利用摄影测量方法、变形/能量方法和多刚体动力学方法,建立了车辆和事故现场模型,对车辆碰撞过程、人体损伤和车辆内饰变形进行数值仿真再现,并与痕迹物证及医学鉴定结论进行对比,验证了方法和模型的准确性。 展开更多

关键词 大客车 事故再现 数值仿真 人体损伤 多元信息

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航空发动机鸟撞适航符合性数值模拟研究

8

作者 李俊杰 柴象海 +1 位作者 金先龙 杨培中 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期311-318,共8页

航空发动机鸟撞适航认证通常基于整机试验,整机鸟撞数值仿真,受发动机结构复杂性影响,存在计算效率、吸鸟关键参数不易确定等问题,而不被工程采纳。而为验证航空发动机吸鸟符合性,进行整机鸟撞数值分析是一种经济高效的方式。基于航空... 航空发动机鸟撞适航认证通常基于整机试验,整机鸟撞数值仿真,受发动机结构复杂性影响,存在计算效率、吸鸟关键参数不易确定等问题,而不被工程采纳。而为验证航空发动机吸鸟符合性,进行整机鸟撞数值分析是一种经济高效的方式。基于航空发动机整机鸟撞数值仿真需求,开展航空发动机模型简化建模和关键吸鸟参数提取方法研究。首先,基于光滑流体动力学方法,考虑工作条件下发动机鸟撞损伤和传力路径上关键部件关系和相互作用,建立了基于航空发动机整机关键零部件等效建模的鸟撞有限元模型。其次,对航空发动机鸟撞适航符合性要求进行分解,确定了造成叶片结构损伤的关键吸鸟参数。最后,基于最严苛情况的整机鸟撞有限元模型,研究了大鸟、中鸟鸟群和大型群鸟导致的转动不平衡、不平衡载荷传递和叶片损伤。数值模拟结果表明大鸟的撞击对航空发动机结构安全的威胁最大,鸟群撞击导致的叶片损伤范围更广。基于整机的鸟撞数值模拟对于航空发动机的结构安全性设计和适航认证是非常具有价值的。 展开更多

关键词 航空发动机 适航符合性 鸟撞 中鸟鸟群 风扇叶片

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地铁火灾应急响应虚拟演习平台设计 被引量：5

9

作者 蒋波 杨培中 +1 位作者 柴象海 金先龙 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期214-218,222,共6页

研究了虚拟现实技术在隧道火灾应急响应上的应用.以超级计算机为工具,集成人工智能技术、虚拟技术(VR)、动态仿真建模技术和高性能计算技术,对上海地铁一号线某站的火灾应急响应虚拟演习平台进行架构设计,用火灾动态模拟器(Fire Dynamic... 研究了虚拟现实技术在隧道火灾应急响应上的应用.以超级计算机为工具,集成人工智能技术、虚拟技术(VR)、动态仿真建模技术和高性能计算技术,对上海地铁一号线某站的火灾应急响应虚拟演习平台进行架构设计,用火灾动态模拟器(Fire Dynamic Simulator,FDS)对该地铁场馆进行建模和仿真,在此基础上创建了一个实时交互式的火灾应急响应的虚拟场景,并对平台完善设计提出改进方向. 展开更多

关键词 地铁火灾 虚拟现实 应急响应 火灾动态仿真

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航空发动机风扇叶片冲击加强轻量化设计 被引量：8

10

作者 柴象海 张执南 +1 位作者 阎军 刘传欣 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期186-192,共7页

以提高风扇叶片抗冲击性能为目标,以空心率为约束条件,进行风扇叶片创新构型设计优化,并通过试验件加工和性能评估,验证所设计方案的合理性.建立了瞬态冲击载荷静力学等效方法,获取了风扇叶片在工作状态下能够有效抵抗鸟撞冲击载荷的最... 以提高风扇叶片抗冲击性能为目标,以空心率为约束条件,进行风扇叶片创新构型设计优化,并通过试验件加工和性能评估,验证所设计方案的合理性.建立了瞬态冲击载荷静力学等效方法,获取了风扇叶片在工作状态下能够有效抵抗鸟撞冲击载荷的最优质量分布.基于优化结果,建立了低质量、高抗冲击性能的风扇叶片几何构型.通过3D打印风扇叶片优化构型试验件,进行加工工艺可行性和优化构型试验件的力学性能评估,验证了优化设计方案的工艺可实现性、静力性能和抗鸟撞性能.结果表明:上述优化方法的建立能够为航空发动机空心风扇叶片设计提供可行的技术手段,使得叶片空心率提高到45%以上,并显著提升叶片抗冲击性能. 展开更多

关键词 航空发动机 宽弦风扇叶片 轻量化设计 拓扑优化 3D打印

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航空发动机风扇机匣包容性等效试验与分析方法 被引量：15

11

作者 柴象海 张晓云 +1 位作者 侯亮 杨宵毅 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期162-167,共6页

针对硬壁机匣包容性问题,提出在发动机研制初期,通过风扇包容机匣等效试验件靶板冲击试验,模拟真实风扇叶片脱落机匣包容性过程,并通过材料高应变率试验拟合机匣材料在高应变率下的本构模型;建立基于简化试验结果的数值仿真模型标定及... 针对硬壁机匣包容性问题,提出在发动机研制初期,通过风扇包容机匣等效试验件靶板冲击试验,模拟真实风扇叶片脱落机匣包容性过程,并通过材料高应变率试验拟合机匣材料在高应变率下的本构模型;建立基于简化试验结果的数值仿真模型标定及机匣包容性分析模型修正方法,对风扇叶片脱落机匣包容性分析模型进行标定,建立高精度风扇机匣包容性仿真预测模型,用于风扇叶片脱落适航取证试验前仿真预测,以提高试验成功率、减少试验次数。通过数值仿真可拟合获得机匣包容厚度与叶片脱落载荷的关系,为风扇包容机匣设计提供厚度参数输入参考。 展开更多

关键词 航空发动机 包容机匣 等效试验 数值仿真分析

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超塑成形/扩散连接焊缝失效断裂仿真方法 被引量：5

12

作者 柴象海 张晓云 史同承 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期532-537,543,共7页

针对采用超塑成形/扩散连接工艺加工的3层瓦伦空心结构钛合金空心风扇叶片的焊缝强度通常低于材料本体强度且受零部件几何特征影响显著的特点,提出采用带失效的固连连接方式.通过剪切失效和拉伸失效模拟焊缝物理特性的建模和仿真分析方... 针对采用超塑成形/扩散连接工艺加工的3层瓦伦空心结构钛合金空心风扇叶片的焊缝强度通常低于材料本体强度且受零部件几何特征影响显著的特点,提出采用带失效的固连连接方式.通过剪切失效和拉伸失效模拟焊缝物理特性的建模和仿真分析方法,以及与空心风扇叶片相同加工工艺、相同结构形式的空心平板试验件的靶板冲击试验,首先建立焊缝失效模型,标定了焊缝强度,然后将数值仿真结果与试验数据相比较,验证该方法的有效性.结果表明,所提出的超塑成形/扩散连接结构仿真分析方法能够为航空发动机3层瓦伦空心结构零部件瞬态动力学分析提供参考. 展开更多

关键词 航空发动机 超塑成形 扩散连接 瓦伦结构 数值仿真

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宽弦风扇叶片空腔结构多目标轻量化设计 被引量：7

13

作者 阎军 张晨光 +4 位作者 霍思旭 柴象海 刘志辉 刘静昭 阎琨 《航空科学技术》 2021年第4期60-64,共5页

航空发动机结构重量直接影响其工作效率与服役成本。本文以发动机宽弦风扇叶片为研究对象,基于拓扑优化技术给出了获得宽弦风扇叶片轻量化启发式设计的结构优化设计方法。研究中考虑了离心力工况与鸟撞工况。由于鸟撞工况具有随机性,本... 航空发动机结构重量直接影响其工作效率与服役成本。本文以发动机宽弦风扇叶片为研究对象,基于拓扑优化技术给出了获得宽弦风扇叶片轻量化启发式设计的结构优化设计方法。研究中考虑了离心力工况与鸟撞工况。由于鸟撞工况具有随机性,本文采用加权求和的方式实现了不同位置鸟撞工况下风扇结构性能的统一评价和设计,有效降低了优化问题的复杂性。首先以结构的最小柔顺性为目标函数,以设计域内单元人工密度为设计变量,以设计域的材料体积为约束函数,对风扇叶片的空心结构开展基于拓扑优化的轻量化设计。进一步,将结构基频引入拓扑优化目标函数中,开展了同时考虑结构刚度性能与动力频率特性的多目标拓扑优化设计。数值算例结果显示,多目标拓扑优化给出了较为清晰的空心叶片内部材料分布方式。该结果可为风扇叶片轻量化设计提供启发,促进航空发动机的性能提升。 展开更多

关键词 宽弦风扇叶片 拓扑优化 多目标优化 轻量化设计

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扩散连接空心瓦伦结构抗冲击强度分析 被引量：3

14

作者 柴象海 王志强 冯锦璋 《航空科学技术》 2012年第5期18-21,共4页

针对发动机空心叶片的钛合金三层空心瓦伦结构,分析了不同瓦伦结构特征参数对抗冲击强度的影响试验。通过有限元数值模拟和逆向分析的手段,估算出钛合金空心瓦伦焊缝的失效强度。对数值模拟结果进行分析,得到在冲击载荷下相邻瓦伦夹角... 针对发动机空心叶片的钛合金三层空心瓦伦结构,分析了不同瓦伦结构特征参数对抗冲击强度的影响试验。通过有限元数值模拟和逆向分析的手段,估算出钛合金空心瓦伦焊缝的失效强度。对数值模拟结果进行分析,得到在冲击载荷下相邻瓦伦夹角、焊缝长度与扩散连接焊焊缝失效强度之间的关系,为空心风扇叶片等空心瓦伦结构零部件的设计和抗冲击强度分析提供参考。 展开更多

关键词 扩散连接 碰撞试验 数值模拟 鸟撞 瓦伦结构

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基于Hertz接触理论的叶片-机匣碰摩模型 被引量：8

15

作者 赵洋 华一雄 +1 位作者 张执南 柴象海 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期660-664,共5页

针对航空发动机的叶片-机匣碰摩现象,考虑旋转效应以及摩擦热效应,建立Hertz碰摩模型,分析碰摩径向形变量的影响因素.通过对比现有法向碰摩力模型的实验结果,验证所建立模型的准确性,并分析了旋转速度、机匣刚度、摩擦因数等参数对碰摩... 针对航空发动机的叶片-机匣碰摩现象,考虑旋转效应以及摩擦热效应,建立Hertz碰摩模型,分析碰摩径向形变量的影响因素.通过对比现有法向碰摩力模型的实验结果,验证所建立模型的准确性,并分析了旋转速度、机匣刚度、摩擦因数等参数对碰摩径向形变量的影响.通过叶片热固耦合仿真分析发现,摩擦热效应对部件的径向变形和应力分布具有一定的影响. 展开更多

关键词 径向形变量 法向碰摩力 旋转效应 摩擦热效应 碰摩模型

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金属材料激光增材制造技术及在航空发动机上的应用 被引量：75

16

作者 刘业胜 韩品连 +2 位作者 胡寿丰 柴象海 曹源 《航空制造技术》 北大核心 2014年第10期62-67,共6页

随着增材制造技术的不断发展及技术的不断突破,研制零件的力学性能、疲劳性能等不断提高,其在工业领域,特别是航空航天领域必将具有非常广阔的应用前景。

关键词 航空发动机 制造技术 金属材料 应用 激光 力学性能 疲劳性能 工业领域

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钛合金空心风扇叶片加工误差对其性能影响的初步分析 被引量：8

17

作者 刘业胜 曹玮 +1 位作者 郭福水 柴象海 《航空制造技术》 北大核心 2013年第16期58-64,共7页

介绍了国外钛合金空心风扇叶片的发展及其超塑成形/扩散连接工艺;初步分析了采用超塑成形/扩散连接工艺加工的空心风扇叶片轮廓度误差、面板厚度误差、焊缝强度、内部结构成形误差对叶片性能的影响,为空心风扇叶片的研制提供了参考。

关键词 钛合金 空心风扇叶片 轮廓度 误差

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钛合金空心风扇叶片模拟鸟撞研究 被引量：5

18

作者 刘志强 李从富 +1 位作者 贾林 柴象海 《航空科学技术》 2022年第9期7-15,共9页

针对某钛合金空心风扇叶片,根据适航鸟撞条款的要求,开展叶片静止状态撞击参数敏感性分析,包括中鸟撞击不同叶片高度、不同鸟撞速度、不同发动机转速下叶片应力应变分布和叶片变形程度,以及大鸟撞击不同叶片高度叶片应力应变分布和叶片... 针对某钛合金空心风扇叶片,根据适航鸟撞条款的要求,开展叶片静止状态撞击参数敏感性分析,包括中鸟撞击不同叶片高度、不同鸟撞速度、不同发动机转速下叶片应力应变分布和叶片变形程度,以及大鸟撞击不同叶片高度叶片应力应变分布和叶片变形程度,得到中鸟鸟撞最危险的工况和大鸟鸟撞最危险、次危险工况。开展了叶片静止状态下的中鸟最危险工况试验,试验后叶片无损伤。开展了叶片静止状态下的大鸟次危险工况试验,试验后叶片有损伤,但未断裂。两个试验与仿真结果吻合良好,研究可为空心风扇叶片强度设计验证和旋转状态下鸟撞试验提供支撑。 展开更多

关键词 钛合金 空心风扇叶片 中鸟撞击 大鸟撞击 鸟撞试验

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航空发动机鸟撞分析中的应变率相关材料模型标定及使用研究 被引量：4

19

作者 李颖 王志强 +1 位作者 柴象海 侯亮 《航空科学技术》 2014年第9期66-70,共5页

本文针对典型航空发动机应变率相关材料,阐述了常用的Johnson-cook模型和双线性材料模型及其参数标定方法,并将这两个材料模型分别应用于风扇叶片鸟撞试验的仿真分析,对试验结果和仿真结果进行了对比。研究表明,通过合理的参数标定及简... 本文针对典型航空发动机应变率相关材料,阐述了常用的Johnson-cook模型和双线性材料模型及其参数标定方法,并将这两个材料模型分别应用于风扇叶片鸟撞试验的仿真分析,对试验结果和仿真结果进行了对比。研究表明,通过合理的参数标定及简化假设,Johnson-cook模型和双线性材料模型均可提供满意的仿真结果,其中叶片损伤预测与试验结果很好地符合。鉴于双线性材料模型使用相对简单,同时能够提供足够的预测精度,在航空发动机鸟撞分析工程应用中值得推荐。 展开更多

关键词 航空发动机 鸟撞 高应变相关 Johnson-cook模型 双线性模型 霍普金森杆

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航空发动机短舱泄压门冲击载荷结构拓扑优化技术研究 被引量：4

20

作者 侯亮 柴象海 +1 位作者 白国娟 金智献 《航空科学技术》 2022年第1期58-65,共8页

部分航空发动机零部件的工作载荷类型属于冲击载荷,采用静力学强度判定准则无法证明其设计符合性,导致无法采用静力学载荷对其进行结构优化,需要建立基于冲击动力学载荷的航空发动机结构拓扑优化方法。以航空发动机泄压门铰链为研究对象... 部分航空发动机零部件的工作载荷类型属于冲击载荷,采用静力学强度判定准则无法证明其设计符合性,导致无法采用静力学载荷对其进行结构优化,需要建立基于冲击动力学载荷的航空发动机结构拓扑优化方法。以航空发动机泄压门铰链为研究对象,通过结构冲击动力学载荷拓扑优化技术研究,建立短舱腔压导致的泄压门弹开载荷作用下拓扑优化方法,提高泄压门铰链强度裕度,解决泄压门强度考核试验中出现的铰链断裂问题。基于冲击动力学载荷的航空发动机结构拓扑优化方法,能够避免动力学等效静载荷误差,优化结果更加符合载荷传力特征,为航空发动机零部件减重和应力降低优化提供了有效的解决途径。 展开更多

关键词 航空发动机 拓扑优化 冲击动力学 应力 减重

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