水面舰艇舷侧抗冲击防护结构形式初探

利用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA和ABAQUS对水面舰艇舷侧抗冲击防护结构形式进行了探讨.分别对传统单壳舷侧结构;双层舷侧结构;双层舷侧结构,舷侧边舱灌满水;双层舷侧结构,舷侧边舱注入一半水;Y型舣层舷侧结构共5种结构的抗远场水下非接触爆炸性能进行了对比计算分析.比较分析了这5种舷侧结构舰体及内部结构的加速度、速度及应力响应数值.研究表明,在远场水下非接触爆炸条件下,双壳结构的抗冲击性能比起传统单壳舷侧结构有很大的改善,而Y型双层舷侧结构的抗冲击性能则明显优于这两种结构.     

抗水下爆炸载荷的新型船舶结构形式研究

以吸能原理为理论依据,提出船舶双层底的四种新型抗爆结构形式,建立传统形式和四种新型结构形式的有限元模型.利用MSC.Dytran软件进行数值仿真,获得在相同水下爆炸载荷下五种结构形式的吸能性能、内底板最大变形量、典型部位加速度,并分析比较了五种结构的抗爆性能,从中获得较优的结构形式.     

水下近场爆炸双层防护结构抗爆能力的数值模拟分析

同步考虑水下近场爆炸冲击波载荷与气泡射流载荷的作用,综合分析双层防护结构型式及尺度对其抗爆能力的影响,可为双层防护结构的抗爆设计提供直接技术支持。采用基于欧拉法的气泡动力学程序模拟气泡的近壁脉动过程,基于能量等效原则,将射流水柱对结构的冲击简化为等效的射流载荷,通过编制MSC.Dytran软件子程序,在冲击波数值模拟阶段后自动添加等效射流载荷,实现更接近实际情况的双层防护结构遭受水下近场爆炸过程的数值模拟。以内壳单位板厚变形能表征双层防护结构的抗爆能力强弱,通过改变结构型式与尺寸参数,对不同支撑结构板厚、内壳板厚和内外壳间距下结构的抗爆能力进行批量计算,以结构总重和抗爆能力为双重目标,借鉴多目标优化思想,得到双层结构抗爆能力的最优解集。计算结果表明:当内外壳厚度及其间距一定时,存在最佳支撑结构板厚;在同等结构重量情况下,Y型双层结构能提供更强的抗爆能力。     

外壳板采用纵骨加强的双层加肋圆柱壳水下声辐射分析

建立了外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射计算方法，计算模型采用Donnell壳体理论，考虑了环肋、舱壁和实肋板对内外圆柱壳的径向、切向、纵向反作用力以及纵向反弯矩，利用傅氏变换和模态展开在波数域建立了计算模型的声弹耦合控制方程。推导了所有结构部件以及水介质的速度阻抗表达式，采用数值计算方法在波数域求解出径向振动速度，利用稳相法得到远场辐射声压。研究表明，如果纵骨沿圆周均匀排列，则纵骨的存在不导致圆柱壳周向模态耦合，纵骨加强的双层圆柱壳水下声辐射计算可以大大筒化。采用文中方法研究了环频率以下外壳板加纵骨的双层加肋圆柱壳水下声辐射特性，计算表时：在较低的频率段，外壳板采用纵骨加强使双层加肋圆柱壳水下辐射声压增大；增大纵骨刚废，结构辐射声压也相应增大；纵骨间距对双层加肋圆柱壳水下声辐射影响比较复杂，辐射声压谱随纵骨间距变化较大，而总声级变化不明显。     

水下爆炸作用下船用加筋板动态响应特性分析

加筋板作为船体结构的重要组成部分,其抗爆防护性能是衡量舰船生存能力的重要指标.文中利用有限元仿真软件LS-DYNA对水下爆炸冲击作用下船用加筋结构的动态响应特性及抗爆防护性能进行了研究.研究结果表明:水下爆炸冲击作用下加筋板的最大应变位于肋板所在位置,肋板结构类型是影响加筋板的变形响应速度及塑形变形幅值的重要因素.在相同面密度条件下,双层底加筋结构可有效提升结构整体的抗爆防护性能,相对于单层底加筋结构防护性能提高了30.15%.     

单/双层圆柱壳振动及声辐射对比

采用模态叠加法,分别在点激励和面激励作用下,研究单/双层圆柱壳的振动及声辐射特性。研究结果表明,点激励作用在实肋板位置时,由于较大的局部机械输入阻抗,使得双层圆柱壳的辐射声功率和径向均方振速明显小于单壳。面激励作用时,在低频段与单层圆柱壳相比,双壳辐射声功率峰值向高频偏移,且幅值略小,径向均方振速幅值更小、峰值更少;随着频率升高,单/双壳的辐射声功率和径向均方振速在平均意义下趋于一致。     

水下爆炸时加肋双层圆柱壳冲击响应的统计分析

主要分析水下爆炸时加肋双层圆柱壳冲击响应的变化规律。应用ABAQUS软件建立加肋双层圆柱壳有限元分析模型结构，并模拟水下爆炸冲击环境，通过MATLAB／SIMULINK软件对各节点的加速度时历响应值采用冲击谱的方法进行计算，将得到的谱速度值进行统计分析。分析表明，冲击因子能够较为可靠地描述结构冲击环境的强弱程度，但具有一定的局限性。另外，对于所采用的加肋双层圆柱壳模型，在1—500Hz频率范围内，无量纲爆距x〉1．5，等冲击因子C条件下，加肋双层圆柱壳的冲击谱响应环境是等效的。     

基于结构增抗技术的高腹板环肋双层圆柱壳声振设计研究

针对水下航行体降低线谱的要求,基于结构增抗技术进行环肋双层圆柱壳结构设计.从提高舱段结构针对线谱频率的机械阻抗入手,引入圆柱壳的圆截面内运动假设,运用Donnell壳体理论推导了有限长环肋圆柱壳振动声辐射的径向模态总阻抗;分析了环肋径向模态机械阻抗的变化规律,提出了一种高腹板环肋双层壳结构;并对该新型结构进行了声振特性分析,与从强度角度出发的常规双层壳结构的声学性能进行了比较.结果表明,增大肋骨的径向机械阻抗可提高舱段总的模态机械阻抗;增加环肋的截面积和惯性矩可以增大环肋的径向机械阻抗;高腹板环肋双层壳具有提高舱段整体的模态机械阻抗,能显著降低低频噪声线谱的优点.     

双层变厚度带肋圆柱壳的整体结构矩阵分析

本文提出了均匀外压下的由圆环板正交连接的双层变厚薄壁圆柱壳的整体强度解析计算方法，利用圆环板与内、外圆柱壳正交连接的变形协调条件，把每跨双层壳作为整体，建立双层圆柱壳段的平衡方程，运用相关矩阵分析手段和相邻壳段的连续条件，将壳段平衡方程组集成待定参数的总体方程。从壳体封端的边界条件出发，计入不同规格的环肋、纵筋、中间支骨、圆环板及其径向筋、周向筋等构件的刚度，囊括了结构纵向上的全部性能，该方法可以准确、简便地求解从单层壳到双层壳各跨段任何部位、构件的挠度和应力，并捕捉结构的薄弱部位。     

潜艇双层舷侧结构水下接触爆炸特性数值分析

为研究潜艇双层舷侧在水下接触爆炸作用下的破坏特性和抗爆性能,对潜艇舱段进行等比例实体建模,利用非线性有限元软件LS-DYNA作为工具进行仿真。归纳总结了舷侧主要结构的破坏模式及响应特点,并从吸能的角度探讨了各结构对抗爆性能的贡献度,结果可为结构的强度优化设计提供参考。     

单双壳体典型结构耐撞特性模型试验研究及仿真分析

基于单双壳体典型结构特征,以总重量相近为基础,分别设计单双壳体结构缩比试验模型,针对单壳和有舷间水双壳模型状态,以230kg球形撞击体,初速7.8m/s侧向撞击为载荷工况,开展单双壳体典型结构耐撞特性模型试验研究。通过对撞击后结构模型的损伤状态及相关参量的观测,试验结果显示,单双壳体结构撞击载荷作用下结构的失效及破坏模式存在较大差异;进一步结合高瞬态非线性有限元程序MSC/Dytran对模型试验过程中的结构动态响应特性以及构件吸能分布特性开展深入分析,研究结果显示:不考虑外壳外部附连水影响时,由于舷间水和结构构件分散的影响,双壳结构的撞击载荷过程延长,冲击载荷峰值低于单壳结构,但耐压壳体撞击形变区域相对集中,凸起明显;单壳结构撞击形变影响区域较大,撞击力作用时间短,冲击载荷峰值较高。通过综合分析单双壳结构撞击力历程特征曲线、构件塑性变形能分布规律特性分析,可以认为随着撞击强度的不断增加,单壳结构的剩余强度将趋近于双壳结构耐压壳体。     

层间水对水下双层结构撞击历程的影响分析

双层壳体结构是潜艇等大型水下结构的重要结构形式,潜艇结构的水下碰撞是潜艇的主要事故形式,然而,针对双层壳体的潜艇结构水下碰撞问题的研究工作目前却极为有限.文中首先提出潜艇碰撞问题,并对其碰撞特征进行分析,然后针对潜艇水下碰撞环境下,层间水对碰撞历程的影响和双层结构的碰撞特点进行了理论分析,在数值仿真计算的基础上,着重讨论了双层板结构在碰撞过程中,层间水对撞击速度、碰撞力以及双层板吸能特性的影响,分析结果显示,层间水对双层壳板撞击历程的影响主要体现在两方面:一是接触初始阶段,耐压壳板将由于层间水的存在,与非耐压壳板组成抗冲击弹簧体系参与抗冲击作用,吸收冲击能量,这对于双层壳板的防撞性能是有利的;二是非耐压壳板穿透后,层间水的影响主要体现为水对耐压壳板的粘附作用,耐压壳板的抗撞能力显著下降.     

结构型式对双层壳声辐射特性影响研究

基于有限元及边界元法，运用有限元计算软件ANSYS和声学软件SYSNOISE，通过对圆柱壳体结构形式（耐压壳板的厚度、肋骨的布置）的改变，分析了结构形式对水下结构辐射噪声的影响，找到了结构型式改变对其结构辐射噪声的影响规律。同时研究了圆柱壳不圆度对结构振动和声辐射的影响，结果表明圆柱壳不圆度的存在，一定程度上加强了水下结构的振动，且壳体截面的不圆度越大，结构的辐射声功率越大。这对降低水下航行体的噪声具有重要研究价值。     

双层壳体的船舶动力舱振动与声辐射的有限元结合边界元数值计算

利用ANSYS有限元软件，建立了双层壳体的船舶动力舱的水下结构流体耦合的声振模型。采用有限元结合边界元的方法，数值计算并分析了耐压壳体和轻质外壳的厚度变化对动力机械振动传递、水下外壳振动以及辐射噪声的影响，计算结果表明，本文的方法对大型复杂结构的水下声振预估有借鉴价值。     

双层圆柱壳受物体撞击损伤过程数值仿真

圆柱壳是海洋工程结构物和潜体中广泛采用的结构单元,为了研究其在物体撞击作用下的响应以及撞击角度对撞击响应的影响,文中采用大型非线性动态响应分析程序MSC.Dytran,分不同撞击角度,对双层圆柱壳结构受射弹撞击过程进行了数值仿真,研究分析了圆柱壳结构的损伤变形、能量吸收及撞击力的变化情况.文中的计算结果对圆柱壳结构物的抗撞击分析研究及合理的结构设计有参考价值.     

圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性比较

单层加筋圆锥壳和圆柱壳是舰艇结构中最常见的结构,其噪声的辐射也受到广泛关注.本文以有限元法和边界元法为基础,在中、低频段研究比较了水中单层加筋圆锥壳和圆柱壳声辐射模态特性.对于相同尺寸的圆锥壳和圆柱壳而言,圆锥壳前10阶模态占主导时的频率f0高于圆柱壳的f0,并且辐射效率随着阶数的衰减要比圆柱壳的衰减快;圆锥壳的辐射效率总体高于圆柱壳的辐射效率;圆锥壳和圆柱壳的声辐射模态振速分布有着相同的规律,为振动噪声的主动控制提供了一些参考.     

基于IBEM的水下双层圆柱壳声振性能研究

提出了一种基于间接边界元法的快速预报复杂双层壳水下振动及声辐射性能的数值计算方法.本文先是用间接边界元方法研究了单层圆柱壳的振动及声辐射,并与解析法及目前常用的数值算法结构有限元耦合结构有限元,与结构有限元耦合直接边界元方法进行对比验证了间接边界元方法的正确性,进一步推广到双层圆柱壳,并与解析法及试验进行了对照,说明了...     

水下近场爆炸作用下抗爆结构动响应特性研究

针对近场爆炸的不同工况,对抗爆结构进行数值仿真,对比分析有无气囊时抗爆结构的主体结构动响应,研究药量与主体结构的动响应、冲击环境之间的关系,给出主体结构抗爆抗冲性能随药量变化的规律。数据分析表明,橡胶气囊的存在对衰减冲击波的作用起到良好效果,改善了抗爆结构主体的冲击环境,有较好的抗爆效果。     

运用弹性理论研究有限长圆柱壳声辐射的一个通用方法(英文)

A general method was proposed to study the sound and vibration of a finite cylindrical shell with elastic theory.This method was developed through comprehensive analysis of the uncoupled Helmholtz equation obtained by the decomposition of elastic equations and the structure of the solution of a finite cylindrical shell analyzed by thin shell theory.The proposed method is theoretically suitable for arbitrary thickness of the shell and any frequency.Also,the results obtained through the method can be used to determine the range of application of the thin shell theory.Furthermore,the proposed method can deal with the problems limited by the thin shell theory.Additionally,the method can be suitable for several types of complex cylindrical shell such as the ring-stiffened cylindrical shell,damped cylindrical shell,and double cylindrical shell.