Page 94 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 张柱国，等： 泡沫铝夹芯结构抗鸟体冲击吸能机理及在飞机机头端框挡板中的应用 第 3 期

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(a) Dimensions of the flat plate (unit: mm) (b) Assembly of flat plate and the location of strain gauge
图 2 靶板
Fig. 2 Target

根据实际试验情况建立了如图 3 所示的鸟
撞 铝 合 金 靶 板 有 限 元 模 型 。 该 模 型 主 要 由 鸟
体、靶板以及上下夹具 3 部分组成。如 1.1 节所
述，鸟体基于 SPH 方法建立，使用 Murnaghan 状
态方程进行描述。靶板划分实体单元，共划分

3 层，总厚度为 2.38 mm，采用 2024-T3 铝合金的
本构模型。为获取靶板在撞击过程中的应变响
应，在其背面附加了一层厚度为 0.001 mm 的壳
单元，该壳单元与靶板共节点，用于输出应变数
据。上下夹具部分采用 Lagrange 实体单元建模，
并赋予 45 钢的线弹性本构参数。
如图 4 所示，将高速相机拍摄的鸟体冲击过 图 3 铝合金平板鸟撞仿真有限元模型
程与仿真模拟结果的进行对比，可以发现两者鸟 Fig. 3 Finite element model of bird impact
体冲击过程响应一致性较好。如图 5 所示，提取 on aluminum alloy plate
了仿真平板在冲击应变片 1 和 4 的应变数据，并与对应的试验数据进行了对比分析。结果表明，尽管两
者在部分高频响应上存在一定差异，但在整体趋势、脉冲响应时刻及峰值大小等关键特征方面，仿真结
果与试验数据基本一致。由于应变片 2 和 3 距离冲击位置较近，受试验中鸟体冲击位置与姿态的影响较
大，本文仅对比了应变片 1 和 4 的冲击响应。上述结果表明，试验与仿真模拟的鸟体冲击过程和两个点
位的应变响应结果均吻合良好，验证了本文鸟体本构模型及参数和碰撞接触等设置在模拟鸟撞行为中
的准确性与有效性。
1.4.2 泡沫铝本构验证
为验证泡沫铝材料模拟的准确性，本文建立了如图 6 所示的准静态压缩仿真模型。模型结构包括
两个刚性板和中间的圆柱形泡沫铝试样，其中下刚性板施加完全固定约束，上刚性板施加向下恒速位移
以实现加载。泡沫铝材料采用 35 号材料卡（IMPR_FLICK_EP_CRUSH_FOAM），输入数据为由前述本构
模型计算得到的工程应力-应变曲线。接触算法选用 Pam-crash 中的 34 号点-面接触类型。
通过提取上刚性板的位移与其接触力，计算获得泡沫铝的准静态压缩工程应力-应变曲线。仿真过
程中完成了网格无关性验证，并将结果与文献 [31] 中 5 种相对密度（ρ ）的均质泡沫铝准静态压缩试验数
r

033101-5