Page 133 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 白春玉，等： 不同垂向速度下翼身融合民机机体的坠撞响应 第 2 期

Economy class seat
Business class seat
First class seat

Fuselage rib
Cabin door
Unpressurized 图 9 简化后的乘员座椅模型
section
Fig. 9 Simplified model of occupant seat system
图 8 客舱布局示意图
Fig. 8 Schematic diagram of cabin layout
1.3 材料属性
PRSEUS 结构的细节如图 10 所示。蒙皮、隔框、长桁、止裂带、地板梁、地板、立柱、加强筋等利
用 Belytschko-Tsay 壳单元进行建模，包裹层材料均为 AS4 碳纤维复合材料，铺层包括 0˚、±45˚、90˚，在
LS-DYNA 软件中使用 MAT58 号材料卡片进行建模，该材料卡片中的该模型适用于描述碳纤维复合材
料在大变形和高速冲击下的各向异性力学响应及破坏行为。拉挤杆由 T800 级碳纤维和环氧树脂构成，
采用 AS4 碳纤维复合材料，利用圆截面的一维梁单元（beam）进行建模。利用蔡-吴失效准则进行复合材
料失效的判断，AS4 碳纤维复合材料属性和强度如表 4 所示，其中 X 、X 、Y 、Y 和 c S 分别为纤维方向的
c
t
t
拉伸强度、纤维方向的压缩强度、垂直于纤维方向的拉伸强度、垂直于纤维方向的压缩强度、面内剪切

强度。隔框和机身肋板中的填充泡沫利用实体
单元进行建模，采用 MAT63 号材料卡片，该卡片 Frame stacks
Stringer stacks
被广泛应用于描述具有显著压缩吸能能力的各
向同性可压溃泡沫，其材料参数如表 5 所示。尽 Pultruded rod
管复合材料在飞机上的应用十分广泛，但金属材 Foam core
料在民机结构中仍然占有一定比例，该 BWB 的 Skin stacks
Tear strap
舱门隔板的补强加筋等，选用了 7075-T7451 铝
合金材料，材料参数如表 6 所示，使用 MAT98 号
材料卡片进行建模，该卡片适用于在大变形、碰 图 10 PRSEUS 结构细节
Fig. 10 Detail of PRSEUS structure
撞仿真中描述铝合金等金属材料的响应特性。

表 4 复合材料的材料属性
Table 4 Properties of composite material

弹性模量/GPa 强度/MPa
−3
材料 剪切模量/GPa 泊松比 密度/(kg·m )
S
E 11 E 22 X t X c Y t Y c
AS4单向带材料 145 9 4.21 0.02 1 600 2 200 1 470 48.9 199 154

表 5 泡沫材料属性 表 6 7075 铝合金材料属性
Table 5 Material properties of foam Table 6 Material properties of 7075 aluminum

拉伸模量/ 密度/ 拉伸截止应力/ 拉伸模量/ 密度/ 屈服应力/
材料 泊松比 材料 泊松比 失效应变
−3
−3
MPa (kg·m ) MPa GPa (kg·m ) MPa
Rohacell泡沫 180 0.375 1 100 3.7 7075铝 70.326 0.33 2 820 0.15 623
最终建立的 BWB 有限元模型如图 11 所示，图 11 也给出了机体中部翼身融合段的截面图，主要
承力结构包括蒙皮、隔框、长桁、货舱地板及其组件、客舱地板及其组件、机身肋板、座椅导轨等。真

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