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航空发动机叶片抗近真实鸟体撞击动态损伤研究
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作者 张昕喆 刘思凡 +3 位作者 火盈飞 王仁涛 王晓璐 李国举 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第18期7843-7851,共9页
风扇叶片作为航空发动机遭遇鸟撞后的首要响应部件,其应力变化导致的动态损伤会直接影响飞机的飞行安全。根据“斑头雁”外形的结构特点建立了近真实鸟体三维模型,针对飞机在起飞-爬升、进近-着陆两个最易发生鸟撞事故阶段的飞行工况,... 风扇叶片作为航空发动机遭遇鸟撞后的首要响应部件,其应力变化导致的动态损伤会直接影响飞机的飞行安全。根据“斑头雁”外形的结构特点建立了近真实鸟体三维模型,针对飞机在起飞-爬升、进近-着陆两个最易发生鸟撞事故阶段的飞行工况,进行了不同撞击速度、不同风扇叶片转速以及不同鸟体撞击姿态对叶片动态损伤影响规律的研究。研究结果表明:当航空发动机转速和鸟体撞击叶片的相对速度增大时,风扇叶片的轴向损伤变形程度呈现出单调增加趋势;随着风扇叶片转速的增加,鸟撞后叶片的应力峰值呈V字形趋势,在航空发动机叶片转速为2 005 r/min时,应力峰值最小;当鸟体以不同姿态与风扇叶片碰撞的初始时刻接触面积增大时,叶片受到的应力大小和损伤程度也逐步增大,当鸟体呈现90°撞击姿态时,叶片在轴向上的损伤变形达到60.887 mm。研究结果对航空发动机风扇叶片抗鸟撞设计具有一定参考价值。 展开更多
关键词 数值模拟 鸟撞 航空发动机叶片 TC4钛合金
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含钛合金包边真实复合材料转子叶片鸟撞损伤试验与仿真
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作者 姜文龙 韦林 +3 位作者 迟雪 刘璐璐 罗刚 陈伟 《推进技术》 北大核心 2025年第8期285-296,共12页
为探究金属-复合材料转子叶片前缘结构在鸟撞下的损伤状态以及金属包边和复合材料叶片之间胶合层的失效原理,分析金属和复合材料耦合情况下的损伤模式,针对含钛合金包边的碳纤维铺层复合材料转子叶片,展开含金属包边的复合材料叶片结构... 为探究金属-复合材料转子叶片前缘结构在鸟撞下的损伤状态以及金属包边和复合材料叶片之间胶合层的失效原理,分析金属和复合材料耦合情况下的损伤模式,针对含钛合金包边的碳纤维铺层复合材料转子叶片,展开含金属包边的复合材料叶片结构在不同撞击角度和撞击速度下的鸟撞瞬态响应的研究。通过高压空气炮系统,分别用两种不同撞击速度及两种撞击角度对同一片叶片进行连续撞击试验,采集叶片应变特性及试验前后振动特性,并对撞击后的叶片进行超声扫描检测内部分层损伤。同时,采用ABAQUS软件对试验全过程进行数值模拟,与试验进行对比验证。结果表明,钛合金包边在小角度鸟体撞击下能够有效提升叶片的抗冲击能力;然而,在大角度鸟撞冲击下,其无法有效吸收和分散强烈的垂直冲击,导致冲击力集中在叶片的前缘区域,并迅速传递至内部结构,叶片主体发生纵向撕裂,冲击力逐渐向叶片厚度方向传播,使纤维层发生局部分层和剥离;且随着鸟撞损伤的加大,叶片的整体刚度下降,材料的损伤(裂纹扩展、分层、纤维断裂)削弱了叶片的强度,复合材料的受力区域局部失效,固有频率降低。 展开更多
关键词 铺层复合材料 金属包边 胶结 鸟撞 振动特性
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考虑湿热老化的复合材料机匣包容性试验与数值分析
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作者 郑竟波 张颖 +5 位作者 姜文龙 韦林 迟雪 伊文昭 刘璐璐 陈伟 《应用数学和力学》 北大核心 2025年第5期661-675,共15页
为获得碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)机匣在服役环境下的包容特性,对其分别进行了湿热老化前后的两次高速冲击弹道试验,并建立了对应的机匣吸湿率分区湿热试验仿真模型与有限元高速冲击数值仿真分析模型.结果表明:湿热老化作用对于CFR... 为获得碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)机匣在服役环境下的包容特性,对其分别进行了湿热老化前后的两次高速冲击弹道试验,并建立了对应的机匣吸湿率分区湿热试验仿真模型与有限元高速冲击数值仿真分析模型.结果表明:湿热老化作用对于CFRP机匣的抗冲击能力及能量吸收能力均有显著影响.在高速冲击下,未湿热老化机匣的抗冲击能力及能量吸收能力优于湿热老化机匣.高速冲击下,CFRP机匣的损伤形式主要以纤维和基体的拉伸失效为主,伴随着一定数量的纤维压溃和面内剪切失效,压缩失效基本没有出现,损伤出现在冲击区域附近,并沿机匣轴向与周向扩展.此外,吸湿层的基体拉伸失效面积显著大于未老化层的基体拉伸失效面积,验证了湿热老化作用下基体力学性能的退化. 展开更多
关键词 航空发动机 抗冲击特性 复合材料机匣 湿热老化 弹道试验
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高体积分数比金属颗粒增强树脂基复合材料弹性模量预测
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作者 赵金峰 朱福先 +2 位作者 庄百亮 杨皓清 周勇权 《机械强度》 北大核心 2025年第6期132-140,共9页
为研究高金属颗粒增强树脂基复合材料的力学性能,基于细观力学理论和细观有限元法预测了该复合材料的弹性模量。首先,制备了复合材料的标准试样,通过单轴拉伸试验测试了其宏观弹性模量,并观测了试样的微观特性。其次,采用基于细观力学... 为研究高金属颗粒增强树脂基复合材料的力学性能,基于细观力学理论和细观有限元法预测了该复合材料的弹性模量。首先,制备了复合材料的标准试样,通过单轴拉伸试验测试了其宏观弹性模量,并观测了试样的微观特性。其次,采用基于细观力学理论的Voigt、Reuss、Mori-Tanaka和广义均值法预测了复合材料的弹性模量。然后,根据试样微观的粒径统计结果,采用高斯分布规律确定了金属颗粒粒径的级配及其数量,采用Python语言编写了颗粒随机投放程序,基于Abaqus平台构建了由颗粒、树脂基体以及界面组成的二维代表性体积单元(Representative Volume Element,RVE)有限元模型。最后,通过理论计算和有限元数值模拟预测了高金属颗粒增强树脂基复合材料的弹性模量。分析结果表明,广义均值模型和有限元模型预测的弹性模量与试验测试结果误差较小,复合材料弹性模量随金属颗粒的增大而增大。 展开更多
关键词 高体积分数比 颗粒增强复合材料 弹性模量 随机分布
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FRP层合板抗冲击能力与损伤面积的经验估计法 被引量:1
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作者 刘杜浩 常斌 +2 位作者 乔景龙 马婷婷 姚卫星 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第4期693-701,共9页
纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)层合板的冲击损伤面积是衡量损伤严重程度的主要表征参数。本文依据冲击损伤演化特征将冲击损伤演化过程划分为4个阶段。基于弹簧⁃质量模型对FRP层合板产生初始分层的损伤门槛值... 纤维增强树脂基复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)层合板的冲击损伤面积是衡量损伤严重程度的主要表征参数。本文依据冲击损伤演化特征将冲击损伤演化过程划分为4个阶段。基于弹簧⁃质量模型对FRP层合板产生初始分层的损伤门槛值进行计算,而后以一组对照试验确定层合板损伤面积随冲击能量的变化速率,最终建立了冲击损伤面积的经验估算模型。选取3种不同材料的冲击试验数据进行了统计验证,对比分析结果表明预测模型具有良好的预测精度,且计算简单。 展开更多
关键词 纤维增强树脂基复合材料 低速冲击 损伤面积 经验模型
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