Abaqus中的CEL方法：模拟鸟击事件

鸟撞击每年给航空业造成数千万美元的飞机损失。此外，它可能是一个严重的危及生命的事件，例如,2009 年 1 月 15 日，美国纽约，美国航空公司 1549 号班机因多次鸟击导致两台喷气发动机发生故障，因此坠入哈德逊河。

提高飞机抵抗鸟击引起的损坏的能力是减少这种费用的整体方法的一部分。飞机部件的鸟击验证是飞行认证和验证过程中的一个重要步骤。实验性鸟击测试是某些飞机部件设计认证过程的一部分。如果可以用计算模拟代替测试的子集，则可以降低原型测试的成本。

此外，在设计过程中可以考虑鸟击阻力，从而增加认证测试成功的可能性。随着航空航天工业中复合材料使用的增加，了解复合材料结构如何抵御鸟击造成的冲击非常重要。有限元模拟技术在很大程度上已经成熟，可以帮助虚拟测试鸟击场景，从而在初步设计阶段提供对事件的详细了解。这对于满足飞机安全所需的设计标准大有帮助。

鸟撞的有限元建模

ABAQUS 为鸟击建模提供了极大的便利，使用专门的技术，如 ABAQUS/Explicit 中可用的 CEL（耦合欧拉-拉格朗日）方法。CEL 分析的最大优点是消除了与广泛的鸟类网格变形相关的大多数问题，因为欧拉描述允许网格在空间中固定，并且材料可以流过这些网格。鸟类可以使用线性 Us-Up EOS（状态方程）材料模型进行建模。

另一方面，受影响的结构通过传统的拉格朗日有限元公式进行离散化。冲击力通过 ABAQUS/Explicit 中的一般接触传递到拉格朗日结构。ABAQUS 还通过 ABAQUS/CAE GUI 提供复合层定义，允许用户轻松定义任何复杂的铺层定义。

复合材料零件的失效和损伤建模可以通过渐进失效和损伤模型来实现。该模型使用 Hashin 的失效起始准则，并考虑了四种失效模式，包括基体拉伸和压缩以及纤维拉伸和压缩。复合材料的损伤和失效可以精心建模，包括损伤起始、模拟刚度退化的损伤演化，以及最终在刚度完全丧失时从分析中移除单元。

为了证明这一点，我们采用了一个简单的鼻锥模型，并与传统的壳单元进行了网格划分。然后在 ABAQUS 中定义复合叠层，并使用 Hashin 的损伤模型定义材料属性。鸟被表示为具有流体特性的椭球体。ABAQUS 中的体积分数工具用于计算和检索椭圆体在欧拉网格中所占的体积。鸟和飞机之间的相对速度作为鸟的初始速度给出。分析运行几分之一秒以捕捉影响。

结果

ABAQUS/Viewer 可用于对复合结构造成的损伤分析结果进行后处理，包括层级失效以及鸟击事件本身的动画。

最后，通过精确的仿真能力，ABAQUS/Explicit 允许在设计过程中包含鸟击载荷。下面显示的是鸟击动画和对复合结构的损坏。

结论

飞机复合材料结构上的鸟击事件可以通过 ABAQUS/Explicit 采用 CEL 方法成功模拟。ABAQUS/Explicit 凭借其强大的复合材料损伤和失效建模能力以及通用接触算法，是此类高动态、非线性应用的理想工具。

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