(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111288516.7 (22)申请日 2021.11.02 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210001 江苏省南京市南京御道街2 9 号 (72)发明人 苏艳　缪奎宗　陆晓华　左洪福　 (74)专利代理 机构 成都东恒知盛知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 51304 代理人 李英 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于内聚力模型的民用运输机风挡碰 撞仿真建模方法 (57)摘要 本发明涉及风挡碰撞仿 真技术领域， 涉及一 种基于内聚力模型的民用运输机风挡碰撞仿真 建模方法， 包括： 1、 建立飞机风挡和机头金属结 构几何模型； 2、 模型划分环形网格； 3、 在划分环 形网格后的飞机风挡中的三层玻璃内玻璃单元 两两之间以及三层玻璃和两层胶层层间单元之 间嵌入内聚力单元； 4、 对内聚力单元定义材料模 型； 5、 迭代优化内聚力单元材料模型具体参数； 6、 确定风挡中除嵌入的内聚力单元外的其他实 体单元材料模型参数； 7、 确定机头金属结构材料 模型参数及结构 件间连接； 8、 将风挡模 型和机头 金属结构 模型进行装配， 得到飞机机头结构有限 元模型。 本发 明使得民用运输机风挡碰撞仿真结 果更加精确， 更加接 近试验结果。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 114201814 A 2022.03.18 CN 114201814 A 1.一种基于内聚力模型的民用运输机风挡碰撞仿真建模方法， 其特征在于： 包括以下 步骤： 步骤1、 建立飞机风挡和机 头金属结构几何模型； 步骤2、 模型划分环形网格； 步骤3、 在划分环形网格后的飞机风挡中的三层玻璃内玻璃单元两两之间以及三层玻 璃和两层 胶层层间单元之间嵌入内聚力单 元； 步骤4、 对内聚力单 元定义材 料模型； 步骤5、 迭代优化内聚力单 元材料模型具体参数； 步骤6、 确定风挡中除嵌入的内聚力单 元外的其 他实体单 元材料模型参数； 步骤7、 确定 机头金属结构材 料模型参数及结构件间连接； 步骤8、 将风挡模型和机头金属结构模型进行装配， 得到全尺寸飞机机头结构有限元模 型。 2.根据权利要求1所述的一种基于内聚力模型的民用运输机风挡碰撞仿真建模方法， 其特征在于： 步骤1中， 飞机风挡是由三层无机化学钢化玻璃材料和两层有机材料夹层组 成， 周围采用硅橡胶包边， 两层 有机材料分为为PU和PVB； 机头金属结构包括蒙皮、 隔框和缘 条。 3.根据权利要求1所述的一种基于内聚力模型的民用运输机风挡碰撞仿真建模方法， 其特征在于： 步骤2中， 在H ypermesh平台上以质量块的撞击点作为环形中心， 采用中心加密 网格画法创建风挡玻璃单 元。 4.根据权利要求1所述的一种基于内聚力模型的民用运输机风挡碰撞仿真建模方法， 其特征在于： 步骤3中， 嵌入内聚力单 元的过程如下： 3.1、 读取 前处理文本文件中的节点信息和单 元信息， 并存 储； 3.2、 识别单 元间的公共面及节点； 3.3、 将公共面节点在对应单 元上一逆时针顺序存 储； 3.4、 再判断具有相同坐标的节点， 称为 一对节点； 3.5、 再以对数增 加相应倍数的相同坐标节点， 更新节点信息； 3.6、 在识别的单 元间公共面 生成内聚力单 元， 更新单 元信息； 3.7、 插入成功， 输出 带有内聚力单 元信息的前处 理文件。 5.根据权利要求1所述的一种基于内聚力模型的民用运输机风挡碰撞仿真建模方法， 其特征在于： 步骤4中， 内聚力单元材料的本构模型采用双线性内聚力模型， 在弹性阶段的 曲线斜率即刚度系数法向Kn和切向Kt为： Kn＝σmax/ δn0； Kt＝ τmax/ δt0； 内聚力分离量曲线和坐标轴围成三角形区域， 该区域面积表示断裂能， 则法向断裂能 GnC和GtC切向断裂能等于： GnC＝σmaxδnf/2； GtC＝ τmaxδtf/2； 其中， σmax和τmax分别是法向内聚力Tn和切向内聚力Tt的最大值， δn0和δt0则分别是法向 和切向内聚力到 达最大值时的初始损伤位移， δnf和 δtf是最终破坏的损伤失效位移；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114201814 A 2采用混合模式下的损伤失效位移 δf计算准则： 其中， β 表示混合度比例， η为材 料常数， δt代表切向损伤位移， δn代表法向损伤位移。 6.根据权利要求1所述的一种基于内聚力模型的民用运输机风挡碰撞仿真建模方法， 其特征在于： 步骤5中， 玻璃内部内聚力单元控制玻璃裂纹扩展或碎裂失效形式， 玻璃层与 胶层之间内聚力单元控制层间界面分离的失效形式； 开展典型工况的试验验证仿真模型的 准确性， 根据仿真结果和试验结果的对比， 调试本构模型 具体参数， 确定最终参数。 7.根据权利要求2所述的一种基于内聚力模型的民用运输机风挡碰撞仿真建模方法， 其特征在于： 步骤6中， 玻璃裂纹萌生和扩展的模拟是通过对应实体单元间的内聚力单元失 效来实现， 将玻璃单元设置为线弹性材料； PU材料的动态力学性能与应变率相关， 根据PU胶 层动态实验应力 ‑应变曲线拟合参数； PVB胶层单元采用粘弹性材料模型中的广义Maxwell 模型， PVB材 料的剪切模量随时间变化而松弛。 8.根据权利要求2所述的一种基于内聚力模型的民用运输机风挡碰撞仿真建模方法， 其特征在于： 步骤 7中， 机头各结构件采用Johnson ‑Cook本构模 型的铝合金材料， 顶部板、 侧 壁板为2524铝合金， 风挡下部板为2024铝合金， 缘条、 钣金件为7075、 7050铝合金； 飞机金属 结构件采用铆接， 对应仿真中采用耦合连接， 选定相 应位置点与点之间的耦合实现蒙皮与 框架、 蒙皮与蒙皮及窗框与框架等的连接 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114201814 A 3