在万米高空，一只体重仅几公斤的飞鸟，若与高速飞行的飞机迎头相撞，其冲击力堪比一颗出膛的“炮弹”。鸟撞是威胁航空安全的重大隐患，极易导致发动机叶片断裂、空中停车甚至灾难性事故。传统的物理鸟撞试验成本高昂、周期漫长，且难以复现复杂的动态过程。因此，利用CAE软件进行高精度的数值仿真，已成为现代航空发动机研制中不可或缺的关键环节。
面对鸟撞这种涉及高应变率、大变形、流固耦合的极端物理现象，传统网格法往往因网格畸变而计算中断。FastCAE团队基于OpenRadioss开源显式动力学求解器，开发了完整的动力学分析解决方案。我们采用了SPH（光滑粒子流体动力学）无网格法构建鸟体模型，将鸟体离散为无数粒子，完美规避了网格畸变问题，真实复现飞鸟撞击时的“流体化”行为。能够精确捕捉叶片在冲击载荷下的应力分布、变形规律与损伤演化。
图1 案例简介
图2 仿真结果
核心操作流程
1导入网格模型
点击菜单栏【File】>【Import Mesh】，选择目标网格文件。软件目前兼容*bdf，*inp等常用格式。
图3 导入网格模型
2几何建模
使用圆柱体构建简化的鸟模型，圆柱的直径为76mm，高度为156mm。点击菜单栏>【Geometry】>【Cylinder】，具体参数如下图4所示。
图4 几何建模
图5 几何模型
3网格划分
对上述创建的圆柱几何体进行网格划分，点击菜单栏>【Mesh】>【Mesh】，弹出对话框，在拾取类型一栏中选择“Solid”，网格最大与最小尺寸都设置为4，其余参数默认即可，见图6。
图6 网格划分
4SPH粒子转化
本仿真采用光滑粒子流体动力学（SPH）无网格法构建鸟体模型，精准复现飞鸟高速撞击的流体特性与大变形行为。该方法以离散粒子表征物质运动，无需固定网格，可适配撞击中的剧烈变形、破碎与流动，规避传统网格法计算失效问题，精准传递压力、动量等物理量，为力学响应分析提供高精度数据支撑。
右击模型树>【Assembly】中的节点，弹出对话框，点击“SPH Transformation”，网格单元节点便会转化为SPH粒子，见下图7。
图7 SPH粒子转化
5材料设置
点击菜单栏>【Property】>【Material】，弹出对话框，选择相应的材料类型，设置参数。
叶轮：采用 Johnson-Cook 弹塑性材料模型（/MAT/LAW2），需设置杨氏模量70GPa、泊松比0.3、屈服强度300MPa、延伸率0.12等参数，其余参数见下图8。
图8 叶轮材料参数
鸟：对于鸟类，使用/MAT/LAW6，描述流体材料，压力通过定义中的状态方程计算，具体参数见下图9。
图9 流体材料参数
创建好的材料会显示在Property树上，可右键进行重命名、编辑或删除。在Assembly树中选中部件后，可为它指定材料。软件还提供了高效的批量赋材功能：左键框选多个部件，右键选择【Set Material】，然后选择相应材料即可。
6属性设置
点击菜单栏>【Property】>【Property】，弹出对话框，选择相应的属性类型，设置参数。叶轮采用PROP/TYPE14，其参数见下图10。鸟采用PROP/TYPE34，具体参数见下图11。
图10 叶轮属性参数设置
图11 鸟属性参数设置
7接触设置
此案例中需要设置两个接触，一个是鸟与叶轮的接触，另一个是叶轮本身的自接触。
点击菜单栏>【Analysis】>【Multi-Usage Impact】，弹出对话框，设置参数。
图12 鸟与叶轮的接触设置
图13 叶轮的自接触设置
8初速度设置
本案例中需要设置两种速度，一个是对整个SPH粒子设置平动速度，另一个是对叶轮设置转动速度。
点击菜单栏>【Analysis】>【Create Initial Field】，弹出类型选择框，在“Initial Field Type”一栏中选择“TRA”类型，然后设置参数，速度为80m/s，方向为沿着X轴负向，作用对象为整个SPH粒子，见下图14。
图14 鸟的速度设置
点击菜单栏>【Analysis】>【Create Initial Field】，弹出类型选择框，在“Initial Field Type”一栏中选择“AXIS”类型，然后设置参数，绕X轴转速为500rad/s，作用对象为叶轮，见下图15。
图15 叶轮速度设置
9求解设置
点击菜单栏>【Solve】>【Solve Setting】，弹出对话框，设置相关参数，见下图16。
图16 求解参数设置
10输出设置
点击菜单栏>【Solve】>【Result Request】，弹出对话框，设置参数，见下图17。
图17 输出参数设置
11求解与后处理
点击菜单栏>【Solve】>【Start Solver】，执行计算，求解日志将实时显示在软件下方的日志窗口中。计算结束后，软件将自动跳转至后处理界面，用户可在此查看和分析仿真结果。
图18仿真结果
源码地址
https://atomgit.com/devlab/APPRadioss
