渦輪葉片是飛機(jī)發(fā)動機(jī)最主要的結(jié)構(gòu)件之一，長期工作在高溫環(huán)境下，且承受轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片自身的離心力、氣動力、熱應(yīng)力以及振動負(fù)荷。在實(shí)際使用過程中，若葉片發(fā)生斷裂，會引起一系列災(zāi)難，其中最危險(xiǎn)的情況就屬具有很高動能的斷裂葉片穿透發(fā)動機(jī)機(jī)匣，這樣不僅會損壞發(fā)動機(jī)，而且會造成整個(gè)飛機(jī)受損。因此，發(fā)動機(jī)機(jī)匣在破裂葉片沖擊之下的抗穿透性能是設(shè)計(jì)飛機(jī)渦輪發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)。建立可靠、精確的抗穿透性能評價(jià)方法，是近年來全球飛機(jī)發(fā)動機(jī)工業(yè)的重要任務(wù)。將實(shí)驗(yàn)研究和三維計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)相結(jié)合是建立評價(jià)方法的基礎(chǔ)。Johnson-Cook模型可以用來描述材料在高速沖擊等極端條件下的變形行為，該模型的參數(shù)與應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變速度和溫度有關(guān)。但是獲得這些參數(shù)，需要大量的材料動態(tài)性能數(shù)據(jù)，即使使用最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法，也很難確定該模型的參數(shù)。

俄羅斯學(xué)者A.E.Buzyurkin等人提出了一種依據(jù)沖撞實(shí)驗(yàn)確定Johnson-Cook模型參數(shù)的方法，能夠使鈦合金成形模擬計(jì)算更加可靠。在俄羅斯的AviadvigatelOJSC實(shí)驗(yàn)室，建立了一種能夠確定發(fā)動機(jī)機(jī)匣材料能量消耗特性和結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)裝置。在該裝置中，葉片高速旋轉(zhuǎn)，斷裂后沖撞機(jī)匣。采用不同材料、不同厚度的機(jī)匣以及葉片初始旋轉(zhuǎn)速度，分別進(jìn)行了5組實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，基于LS-DYNA有限元軟件，進(jìn)行了發(fā)動機(jī)葉片高速撞擊機(jī)匣的變形和斷裂過程的數(shù)值模擬。模擬實(shí)驗(yàn)根據(jù)實(shí)驗(yàn)情形采用三維模型，并選擇拉格朗日算法。機(jī)匣材料選用Johnson-Cook塑性模型(LS-DYNAMat15)以及適用于Mie-Gruneisen狀態(tài)方程的斷裂準(zhǔn)則進(jìn)行模擬。葉片材料選用分段式彈塑性模型(LS-DYNAMat24)進(jìn)行模擬。采用單面接觸算法進(jìn)行描述葉片和機(jī)匣的接觸過程。葉片和機(jī)匣全部采用8節(jié)點(diǎn)六面體完全積分實(shí)體單元進(jìn)行離散，在可能出現(xiàn)較大變形或較大應(yīng)變梯度的地方，單元會更加細(xì)小。因此，在碰撞區(qū)域的厚度方向選擇6個(gè)單元。對模型網(wǎng)格劃分進(jìn)行了收斂性測試，即不斷的細(xì)化網(wǎng)格并求解計(jì)算，當(dāng)?shù)诙�次與上一次的結(jié)果基本一致時(shí)，則可以認(rèn)為上一次的網(wǎng)格劃分是足夠的。

首先，通過準(zhǔn)靜態(tài)加載，獲得了材料的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)。其次，先給予材料模型參數(shù)一個(gè)初始值，通過模擬計(jì)算，與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，通過調(diào)整材料模型參數(shù)，當(dāng)模擬葉片穿透機(jī)匣的殘余速度與實(shí)驗(yàn)誤差較小時(shí)，則能夠確定該模型參數(shù)是合適的。最后，研究獲得了常用于制造飛機(jī)發(fā)動機(jī)機(jī)匣的VT6、OT4和OT4-0鈦合金材料的Johnson-Cook模型的8個(gè)參數(shù)，基于這些參數(shù)下的模擬計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。