鳥撞沖擊下TC4 鈦合金平板的變形和破壞

賈 林，李從富，鄒學韜，姚小虎

（1. 中國航發上海商用航空發動機制造有限責任公司，上海 201108；2. 華南理工大學土木與交通學院，廣東 廣州 510641）

TC4 鈦合金是一種 α+β型中強度鈦合金，具有較高的強度和較優異的塑性，在航空、航天、船舶以及兵器領域應用廣泛[1]。鳥撞問題是飛機結構在起降過程中面臨的主要威脅之一。鳥撞發生時，鳥體在毫秒級時間內瞬間沖擊機體結構。高速沖擊產生的巨大能量將導致機身結構嚴重損傷，從而引發傷亡事故。因此，國際適航標準要求所有向前部件在使用前必須分析其抗鳥撞性能。

大量的研究表明，鳥體在高速沖擊作用下表現出明顯的流體流動飛濺特性。近年來，諸多學者針對飛機結構的抗鳥撞性能開展了大量研究工作。普遍認為，高速鳥撞沖擊問題是一個應變率相關的流固耦合問題。目前結構抗鳥撞性能的數值分析方法主要有3 種：拉格朗日有限元法（Lagrangian finite element）、任意拉格朗日-歐拉法（Arbitrary Lagrange-Euler，ALE）和光滑粒子流體動力學方法（Smooth particle hydro-dynamic，SPH）。采用拉格朗日有限元法分析高速鳥撞沖擊時，因鳥體結構變形大，致使單元發生畸變，故拉格朗日有限元法只適合模擬低速鳥撞。SPH 方法是一種基于拉格朗日技術的自適應無網格粒子法，將其與有限元方法進行耦合，可在流固耦合問題求解中展現顯著的優勢[2-3]。由于SPH 粒子在空間相互獨立，因此SPH 法比拉格朗日有限元法和ALE 法更適于解決高速鳥撞沖擊問題[4]。例如：劉軍等[5]通過對比鳥撞平板葉片實驗結果和SPH 法及拉格朗日有限元法數值分析結果，發現SPH 方法與實驗結果更接近；……