纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体高速冲击损伤分析
作者:
作者单位:

1.中国飞行试验研究院, 西安 710089;2.江苏大学机械工程学院,镇江 212013;3.南京航空航天大学航空学院,南京 210016

作者简介:

通讯作者:

张超,男,博士,副教授,E-mail: zhangchao@ujs.edu.cn。

中图分类号:

V231.3

基金项目:

江苏省自然科学基金(BK20231319);航空航天结构力学及控制全国重点实验室开放课题(MCAS-E-0124G03)。


Damage Analysis of Fiber Metal Honeycomb Sandwich Structures Under High Velocity Bird Impact
Author:
Affiliation:

1.Chinese Flight Test Establishment, Xi’an 710089, China;2.School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China;3.College of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, Nanjing 210016, China

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    摘要:

    纤维金属板蜂窝夹芯结构作为一种轻质航空结构,研究其抗鸟体高速冲击性能具有重要的现实意义。本文提出一种基于连续介质损伤力学的有限元模型,研究鸟体高速冲击下纤维金属板蜂窝夹芯结构的力学行为及损伤机理。采用光滑粒子流体动力学(Smooth particle hydrodynamics, SPH)法对鸟体类流体力学行为进行建模;采用Johnson-Cook模型模拟金属层冲击力学响应;采用三维Hashin准则,考虑应变率效应,模拟复合材料层板面内损伤演化;采用界面单元模拟层间分层现象。编写用户材料VUMAT子程序,实现基于ABAQUS/Explicit软件平台的数值求解。探讨鸟体速度、蜂窝高度和面板厚度对纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体冲击性能的影响,分析预应力条件下纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体高速冲击损伤特性,为夹芯结构鸟体冲击问题数值分析提供一定的参考。

    Abstract:

    It is of great practical significance to study the high velocity bird impact resistance of fiber metal honeycomb sandwich structures as they are lightweight aerospace structures. In this work, a continuum damage mechanics based nonlinear finite element model is developed to study the mechanical behavior and damage mechanics of fiber metal honeycomb sandwich structures subjected to high velocity bird impact. The smooth particle hydrodynamics (SPH) method is employed to model the hydrodynamic behavior of the bird body. The Johnson-Cook model is utilized to capture the damage response of aluminum layer. The 3D Hashin failure criteria are adopted to predict the intra-laminar damage evolution of composites considering the high strain-rate effect. Cohesive elements are incorporated to simulate the inter-laminar delamination phenomena. A user material subroutine VUMAT is coded and implemented to obtain the numerical solution based on the ABAQUS/Explicit solver. The effects of bird velocity, honeycomb height and plate thicknesses on the bird impact properties of fiber metal honeycomb sandwich structures are discussed and the damage characteristics are analyzed in detail in pre-stress conditions. This study provides a proper reference for numerical study on bird impact problems of other sandwich structures.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

方自力,王道坤,毛春见,杨志贤,张超.纤维金属板蜂窝夹芯结构鸟体高速冲击损伤分析[J].南京航空航天大学学报,2024,56(1):134-143

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  • 收稿日期:2023-11-09
  • 最后修改日期:2024-01-28
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  • 在线发布日期: 2024-03-13
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