内衬复合材料包容环机匣包容准则研究(2)
机匣包容性要求达到包容断叶的情况下机匣重量最小。通过查阅国内外的文献资料，学者提出了多种类型的包容理念，本毕业设计研究的是复合材料包容环对包容性的影响。我们通过在金属外壳覆盖新型复合材料这种方式，一方面提高包容性，另一方面可以减轻其质量。由于实地试验花费高昂，我们采用模拟仿真方法，通过LS-DYNA[1]程序对断叶打击机匣进行数值仿真。可以通过打靶试验得出实验数据，然后与仿真结果进行对比我们可以发现，数值仿真是合理的，能在一定程度上代替实地试验进行研究。
目前有两种基本类型的包容性设计概念[2]。第一种是传统的硬壁包容(Hardwall containment)概念，机匣通常采用的为不锈钢材料，原理是在撞击过程中机匣发生大的塑性变形来吸收断叶的能量。第二种为软壁包容(Softwall containment)概念，利用强度和韧性都很高的纤文材料缠绕在薄壁金属机匣外面，碎片击穿机匣内层而只有被撞击的局部区域破损，机匣的结构能够保持完整，碎片能够被机匣外部的纤文材料给束缚住。高强度纤文价格近年以来在逐步降低，抗撞击分层能力强、加工制造方便、价格低廉的纤文增强包容机匣是现在的研究热点。目前常用的纤文种类又分为纤文丝（束）缠绕、二文编织层合、三文编织三种。[3]
1.1.1 国外背景
1996 年，S.Sarkar 和 S.N.Atluri[4]通过利用有限元软件DYNA3D 分析航空发动机在转子破坏的情况下面，机匣对断叶的撞击响应和包容能力。对不同种类的断片，确定了不同厚度机匣的响应、断片的残余能量、所受冲击力的大小、机匣是否完全包容或失效。并结合试验结果进行比较，发现具有较好的相似性。
2002 年，Astrid Kraus 和 Jörg Frischbier[5]利用 LS-DYNA 软件模拟了旋转实验台上涡轮机匣的包容性试验，在计算的过程中综合考虑了断叶的形状、临近叶片的影响、高应变率下材料的性能和冲击条件下的失效准则。
2003年，S.Tienwei和 P.Yuhao[6]通过对复合材料层压板的研究得出了对其能量吸收机制一个相当重要的参数就是层数目，以及无褶皱织物是一个很好的选择。
1.1.２ 国内背景
1991 年，龚梦贤等[7]对单个模型叶片的试验研究，确定了单独一个叶片在发生破坏以后与机匣碰撞的形态和损伤模式，通过测量瞬态应变响应，给叶片的包容性验证和建立模型建立提供了参考依据；并在和斯贝 MK202 发动机应力标准（EGD－3）中单个压气机叶片的包容曲线（仅叶身）对比过程中得到以下结论：斯贝 MK202 发动机应力标准（EGD－3）中单个压气机叶片的包容曲线（仅叶身）能够当做相似的单个压气机叶片（叶身）包容性计算的理论依据。
2001 年，吴荣仁[8]分在分析撞击过程的现象时，发现第二次撞击和第三次撞击带来的影响比第一次要大。
2002 年，郑劲松[9]在冲击动力学的基础下，运用能量法进行分析，研究了结构的塑性动力响应，建立了一个新的撞击试验的物理模型，采用该模型对侵彻深度进行了进一步的探讨。
2004 年，于亚彬等[10]在 ANSYS/LS-DYNA 软件中进行了一系列的模拟。研究了不同厚度机匣结构和多种材料的模型叶片以及各种转速情况下叶片断裂时机匣的包容能力，计算和分析对比了不同应变率情况下机匣的响应，评判了主要参数对机匣响应的影响大小。同一年，浙江大学宣海军、张晓峰等[11]采用MSC/DYTRAN 有限元分析软件也对这次试验进行了数值仿真分析，认为数值模拟能够有效的反映出断裂叶片与机匣撞击的准确情况，在数值分析以后能够直观的了解撞击过程中机匣的变形和断叶的运动轨迹和形变。