鸟撞航空发动机是航空领域常见的一种事故形式，飞机部件抗鸟撞分析和测试也是飞机设计并取得适航认证的重要环节之一。由于鸟体生物组织在撞击过程中展现出大变形和类流体特性，因此其冲击动力学仿真计算方法一直是学界关注的热点。大量工程试验表明，鸟撞航空发动机后的碎片可能会在内涵道中淤积并导致发动机停车，相关机理则是鸟体碎片的黏附性导致的碎片淤积。但相关碎片的淤积仿真一直是学界和工业界的技术难点。
近期，航空航天系宋振华课题组与ANSYS中国和中航商发合作，将传统有限元与离散元相结合，利用二者之间的转换算法构建了FEM-DEM鸟撞碎片单元的转换算法，实现了鸟撞碎片淤积和运动特性的仿真模拟。相关成果发表于航空宇航知名学术期刊Journal of Aerospace Engineering的第36卷第1期（04022116）。
鸟体在失效破碎前往往是以固体形式存在，而破坏后的鸟体碎片往往以离散的碎片形式存在，且由于鸟体碎片裸露的细胞组织和血液等具有典型的粘性特征导致相关碎片具有较强的黏附性。而传统的FEM算法和SPH算法，以及相关ALE算法等均无法模拟出离散碎片的粘性特征。
因此，宋振华课题组综合了有限元算法和无网格算法的优缺点，针对鸟体破坏前后的力学属性转变，利用有限元和离散元自适应转换算法将未破坏鸟体仿真建模为FEM单元，并根据鸟体失效的力学判据实现相关FEM单元向DEM单元的转换，并基于鸟体碎片自身及其与外物的黏附性特征换算出相关DEM单元的粘附力参数，实现了鸟体撞击后单元由无粘性FEM单元向有粘性DEM单元的自适应转换，从而达成了鸟撞航空发动机后鸟体碎片在内涵道运动轨迹和黏附淤积特性的仿真计算。相关研究发现，鸟撞速度、鸟撞发动机风扇叶片的位置和发动机的转速均会对鸟体碎片在内涵道的淤积分布造成较大的影响，并采用S-ALE算法分析了气流等因素对鸟体碎片运动轨迹和淤积特性的影响及规律。使用该算法可以快速找出鸟撞航空发动机的最不利工况，并据此进行优化设计，降低鸟体碎片在发动机内涵道淤积的风险。该工作不但提出了新的鸟撞仿真算法，还协助ANSYS\LS-DYNA优化了相关并行计算的效率问题。
论文第一作者为复旦大学航空航天系宋振华青年研究员，复旦大学航空航天系研究生于灿文、郭东灵和陈锐，以及ANSYS中国资深仿真工程师王强和中航商发高级工程师侯亮也参与了相关科研工作。该工作受到了国家自然科学基金和航空科学基金的资助。
详尽内容请参见论文原文：https://ascelibrary.org/doi/epdf/10.1061/JAEEEZ.ASENG-4631
