[发明专利]一种直升机尾传动轴被击穿后剩余承载能力评估方法

说明书

本申请公开了一种直升机尾传动轴被击穿后剩余承载能力评估方法，该方法包括：步骤1，采用侵彻动力学，对被小物体击穿后的尾传动轴进行侵彻动力学分析，建立侵彻‑扭转屈曲一体化模型；步骤2，采用有限元线性特征值分析方法，对侵彻‑扭转屈曲一体化模型进行临界扭转屈曲分析，计算尾传动轴的一阶失稳模态；步骤3，将一阶失稳模态乘以比例系数，采用非线性后屈曲分析方法，将尾传动轴两端面上的节点分别与两端面的圆心耦合绑定，并在尾传动轴的自由端的圆心上施加位移载荷，计算载荷‑位移曲线，将载荷‑位移曲线中峰值对应的载荷记作尾传动轴的预测失效载荷。通过本申请中的技术方案，提高了直升机尾传动轴击穿后失效载荷评估的准确性。

技术领域

本申请涉及直升机传动系统的技术领域，具体而言，涉及一种直升机尾传动轴被击穿后剩余承载能力评估方法。

背景技术

直升机在飞行过程中可能会被空中的飞鸟、石子、子弹等物体击中，特别是其传动系统中的尾传动轴，若尾传动轴被击中后发生破坏失效，则会引起直升机的坠落和人员的伤亡。为了保障直升机尾传动轴被物体击中后仍然具备足够的机械强度，亟需对直升机尾传动轴进行剩余承载能力分析。由于直升机尾传动轴在运转过程中主要受到扭转载荷作用，又因其形状具有长而薄的特征，其失效模式主要表现为扭转屈曲失效。

目前，虽然针对直升机关键结构件的扭转屈曲已有诸多研究，然而小物体击中后的尾传动轴扭转屈曲分析仍未见有报道。小物体击中损伤直升机尾传动轴后，其扭转屈曲实质上为侵彻-扭转屈曲一体化分析，相对其他类型侵彻损伤具有其特殊的难点。

首先，小物体击中损伤直升机尾传动轴后，扭转屈曲有限元分析需要建立与实际工况相近的三维有限元模型，尤其是局部损伤区域的网格模型，需要和实际损伤工况保持高度一致。然而，尾传动轴被击中后损伤孔洞周围的局部区域容易发生卷边和翘曲等损伤工况，难以通过有限元软件直接建立与实际工况近似的三维模型，需要通过侵彻动力学仿真计算并优化得到；

其次，尾传动轴被小物体击中后，动力学仿真后损伤孔洞周围会产生大量的畸变和失效网格，无法直接进行有限元软件屈曲分析；

再次，尾传动轴被小物体击中后，侵彻过程对网格的质量要求非常高，需要通过局部加密的网格从而适应于侵彻和扭转屈曲分析；

最后，尾传动轴的发生非线性屈曲失效的临界点无法直接获得，需要通过图像方法间接导出，拐点位置较难确定。

因此，直升机尾传动轴被小物体击中损伤后的剩余承载能力分析实质上非常困难。

发明内容

本申请的目的在于：如何对直升机尾传动轴被小物体击中损伤后的剩余承载能力进行分析，确保击穿后尾传动轴仍然能够承受较大的扭转载荷，以提高直升机的安全性能。

本申请的技术方案是：提供了一种直升机尾传动轴被击穿后剩余承载能力评估方法，该方法包括：步骤1，采用侵彻动力学，对被小物体击穿后的尾传动轴进行侵彻动力学分析，建立侵彻-扭转屈曲一体化模型；步骤2，采用有限元线性特征值分析方法，对侵彻-扭转屈曲一体化模型进行临界扭转屈曲分析，计算尾传动轴的一阶失稳模态；步骤3，将一阶失稳模态乘以比例系数，采用非线性后屈曲分析方法，将尾传动轴两端面上的节点分别与两端面的圆心耦合绑定，并在尾传动轴的自由端的圆心上施加位移载荷，计算载荷-位移曲线，将载荷-位移曲线中峰值对应的载荷记作尾传动轴的预测失效载荷，其中，尾传动轴两端分别为自由端和固定端。

上述任一项技术方案中，进一步地，步骤1中，具体包括：步骤11，采用侵彻动力学，对尾传动轴的小物体击中侵彻过程进行数值仿真计算，计算小物体侵彻对尾传动轴的破坏损伤，其中，在进行数值仿真计算的过程中，先对被击穿后的尾传动轴进行第一网格划分，并以小物体的入射位置为中心、预设长度为半径确定网格加密区域，再对网格加密区域进行第二网格划分；步骤12，根据计算出的尾传动轴的破坏损伤，确定击中损伤尾传动轴的有限元模型；步骤13，对有限元模型进行网格筛选，删除异常网格，并将筛选后的有限元模型记作侵彻-扭转屈曲一体化模型。