碳/玻混杂夹层板低速撞击损伤特性试验研究

[目的]碳/玻混杂夹层板结构可有效提高船用复合材料层合板弯曲的刚度及强度。为探讨其耐撞击损伤及柔性层表面覆盖防护特性,开展了相关试验研究。[方法]采用落锤法对碳/玻混杂夹层板、玻璃纤维层合板以及碳/玻混杂+单侧贴敷橡胶复合板等3型平板的低速耐撞击性能进行对比试验,对3型结构撞击载荷作用下的宏观损伤形貌特征进行分析,并对比一阶模态阻尼比以评估3型平板的损伤程度特征规律。[结果]结果表明:相同冲击能量作用下,玻璃纤维层合板的损伤区域沿厚度方向呈现较为规则的圆台形,而碳/玻混杂板的损伤区域主要表现为较为明显的层间分层,并集中于碳纤维层与玻纤维层界面处;玻璃纤维层合板的层间损伤面积普遍小于碳/玻混杂夹层板;随着冲击能量的递增,冲击损伤程度的增加对碳/玻混杂夹层板一阶模态阻尼比的影响低于玻璃纤维层合板;单侧贴敷橡胶对碳/玻混杂板的防护作用随着冲击能量递增而减弱。[结论]研究结果为碳/玻混杂夹层板广泛运用于船舶领域提供了可靠的支撑。     

空爆载荷下功能梯度泡沫铝夹层板动响应数值仿真

[目的]为了提高轻质泡沫铝夹层板的抗爆性能,[方法]通过采用有限元软件AUTODYN,对功能梯度泡沫铝夹层板在空爆载荷作用下的动态响应开展研究。在功能梯度泡沫铝夹层板的芯层高度及重量不变的情况下,分析讨论芯层不同排列顺序对夹层板上、下面板中心处速度、塑性变形和各部件吸能的影响。[结果]结果表明:夹层板上面板中心点处最大速度随迎爆面一侧芯层密度的增大而减小;芯层密度从迎爆面到背爆面依次为高—低—中排列顺序的夹层板的抗爆性能最好;芯层吸收了大部分能量,并且在迎爆面一侧密度小的排列组合其吸能特性最好。[结论]数值分析结果可为泡沫铝夹层板的芯层优化设计提供参考。     

四点弯曲载荷下金属波纹夹层梁极限承载能力试验与数值分析

针对激光焊接金属波纹夹层梁模型,进行四点弯曲试验,获得夹层梁结构的破坏模式。采用有限元软件ANSYS,分析四点弯曲载荷下该结构的极限承载能力,结果表明,数值计算结果与试验结果吻合良好。进一步分析波纹夹层梁上面板厚度、下面板厚度、芯层板厚度及芯层高度对其极限承载能力的影响。数值结果表明:在增加同等质量以提高波纹夹层梁的结构极限承载能力时,增加芯层高度和上面板厚度是较为有效的方式,相比之下,增加芯层厚度或下面板厚度对提高极限承载能力的效率要低一些。     

船用泡沫铝夹层板在低温下的冲击动态响应研究

泡沫铝夹层板具有良好的动态能量吸收性能,在极地船舶抗冲击防护方面具有巨大的潜在应用前景。文章利用ABAQUS有限元软件,结合准静态拉伸压缩材料试验,建立了船用泡沫铝夹层板的低温动态冲击数值仿真模型,研究了其动态冲击响应与抗冲击性能,并采用Instran 9350落锤冲击试验机对数值仿真模型进行了试验验证。在此基础上,研究了低温和冲击能量对船用泡沫铝夹层板动态冲击响应的影响。结果表明,随着冲击能量的增加,常温和低温条件下船用夹层板的冲击力峰值、最大挠度和最终挠度遵从乘幂增长规律。与常温相比,低温下船用泡沫铝夹层板的面板变形较小,且随着冲击能量的增加,低温的影响更为显著,即船用泡沫铝夹层板在低温下具有更好的抗冲击性能。     

正交加筋复合材料夹层板弯曲问题求解

正交加筋均质芯材基于一阶剪切变形理论,并采用δ函数描述其非连续性,复合材料面板采用Kirchhoff薄板假设,以面板面内位移和结构整体横向位移为响应函数,通过能量原理推导了正交加筋芯材复合材料夹层板的静力学平衡方程。考虑四边简支边界条件,采用双傅立叶级数位移函数求解了正交各向异性复合材料面板正交加筋均质芯材夹层板受均布载荷作用的弯曲响应,通过将夹层板的位移和应力响应与有限元计算结果进行对比,验证了文中求解方法的正确性。     

船用钢-聚氨酯复合夹层板的冲击性能分析

钢-聚氨酯复合夹层板作为一种新型复合材料,已成功运用于船舶的修造中。本文利用试验及有限元数值模拟的方法对普通钢板和该复合夹层板的冲击变形及能量吸收进行了对比分析,探讨了钢-聚氨酯复合夹层板的能量吸收机理及抗冲击性能,为该复合夹层板在船舶设计与制造方面的应用提供有益的参考。     

基于Zig-Zag模型夹层板振动与声传输特性数值模拟研究

基于Zig-Zag变形假定和板Mindlin一阶剪切理论,建立了复合材料夹层板有限元动力单元模型,分别对上、下面板和芯体建立了三个独立坐标系,考虑各部分转角变量独立,为具有厚夹芯和软夹芯的复合材料夹层板的动力分析提供了一种更为准确的有限元模型.采用有限元/边界元方法,建立了嵌在无限大障板上夹层板声传输的计算模型.通过推导的模型编制计算机程序,针对典型结构研究分析了芯板材料参数和厚度的变化对结构的动力特性的影响,并研究分析了在平面声波入射和混响声场入射情况下夹层板芯层材料参数、芯层厚度的变化对传声损失的影响.数值计算结果揭示了夹层板的动力特性和传声特性,对改善夹层板的力学和声学特性提供依据,对夹层板的设计有一定的指导意义.     

方形蜂窝夹芯夹层板弯曲问题的新解法

文章针对方形夹芯夹层板弯曲问题提出了一种新的解法。所提方法未采用传统的芯层均匀等效做法,而直接对其离散的模型进行分析,考虑芯层的离散特性,将离散芯层和上下面板结合起来,运用能量原理建立方形蜂窝夹芯夹层板统一的弯曲控制方程。假设夹层板位移为双傅立叶级数形式,采用伽辽金法求解。对固支和简支矩形方形蜂窝夹芯夹层板数值仿真结果表明,文中方法得到的结果与有限元数值解吻合良好。该方法为有效、快捷地分析夹层板的力学性能提供了新的方法和途径。     

U型激光焊接夹层板极限强度试验研究

激光焊接夹层板因具有优越的力学性能以及众多结构优点在舰船防护结构设计中具有广阔的应用前景。本文以U型激光焊接夹层板为研究对象,设计其激光制造工艺流程,加工得到U型激光焊接夹层板试件;开展夹层板极限强度性能试验,通过试验得到了夹层板横向、纵向弯曲时的极限承载力及相应的变形模式;采用ABAQUS软件模拟试验工况,开展数值仿真研究,通过与试验结果进行比较,验证、完善有限元数值仿真分析技术,研究成果可为夹层板船体结构力学性能分析提供技术支撑。     

基于Zig-Zag模型夹层板平面波作用下声传输特性研究

基于Zig-Zag变形假定和板Mindlin一阶剪切理论,建立了复合材料夹层板有限元动力单元模型,分别对上下面板和芯体建立了3个独立坐标系,考虑各部分转角变量独立,为具有厚夹芯和软夹芯的复合材料夹层板的动力分析提供了一种更为准确的有限元模型.采用有限元/边界元方法,建立了嵌在无限大障板上板在简谐平面声波斜入射情况下声传输的计算模型.根据推导的模型编制计算机程序,针对典型结构较为详细地研究分析了芯板材料参数和厚度变化对结构动力特性的影响,并研究分析了夹层板芯层材料、芯层厚度和平面声波入射角度对传声损失的影响.     

U型激光焊接夹层板极限强度试验研究

激光焊接夹层板因具有优越的力学性能以及众多结构优点在舰船防护结构设计中具有广阔的应用前景。本文以U型激光焊接夹层板为研究对象,设计其激光制造工艺流程,加工得到U型激光焊接夹层板试件;开展夹层板极限强度性能试验,通过试验得到了夹层板横向、纵向弯曲时的极限承载力及相应的变形模式;采用ABAQUS软件模拟试验工况,开展数值仿真研究,通过与试验结果进行比较,验证、完善有限元数值仿真分析技术,研究成果可为夹层板船体结构力学性能分析提供技术支撑。     

夹层结构模型假设对振动和声传输特性影响研究

不同模型假定下夹层结构的声振特性各不相同。基于Reissner模型和Zig-Zag模型位移场假设,分别建立了两种复合材料夹层板有限元动力单元模型,并通过推导的模型编制了计算程序,采用子空间迭代法求得了其固有频率和固有振型,采用混响声场声传输理论计算了传声损失,并对夹层板的动力特性和声传输特性进行了数值模拟研究,同时还考虑了夹层结构面板与芯板的厚度比和弹性模量比不同时各种模型的适用范围。     

一种复合材料—钢连接结构极限承载能力试验与数值研究

夹芯复合材料因其结构力学性能优异,耐腐蚀,已被广泛运用于船舶行业。首先,以复合材料甲板室中的夹芯复合材料—钢连接结构为对象,通过试验,得到夹层板的载荷位移曲线,推断出夹层板的极限载荷。然后,对经典层合板理论、Reissener夹层板理论、Hoff夹层板理论和杜庆华夹层板理论进行对比分析,并选用Hoff夹层板理论为理论模型,通过有限元软件模拟分析,并与试验结果进行对比,验证了分析结果的可靠性,可为复合材料连接结构设计提供有益的指导。     

泡沫玻璃钢夹层结构板的弯曲强度分析

结合船用泡沫玻璃钢夹层结构的适用理论、有限元分析方法,对基于刚性固定边界条件的泡沫玻璃钢夹层板的弯曲强度计算公式进行推导,给出泡沫玻璃钢夹层板弯曲强度的边界条件修正系数。     

Ballistic performance of ultra-high molecular weight polyethylene laminates against fragment-simulating projectiles北大核心CSCD

[目的]旨在探究破片侵彻作用下高强聚乙烯(UHMWPE)纤维增强层合板的毁伤响应过程、失效模式转变和能量吸收特性。[方法]采用有限元软件ANSYS/AUTODYN,建立UHMWPE层合板抗破片侵彻数值模型,分析UHMWPE层合板的失效模式转变和能量吸收特性。[结果]破片侵彻作用下UHMWPE层合板的动态响应过程大致可以分为剪切冲塞阶段和拉伸变形阶段。破片入射速度和靶板厚度会直接影响靶板的能量吸收特性。靶板厚度越大,剪切冲塞模式占比越大。在靶板厚度不变的情况下,随着破片侵彻速度的提高,剪切冲塞模式占比越来越大,最终趋于稳定。在破片弹道极限速度以上初始小范围内,靶板吸能随破片入射速度增大有所减小,随后破片速度继续增加会扩大靶板剪切冲塞破坏范围,导致靶板整体吸能量增加。[结论]基于所建立的数值模型能够较好地模拟破片侵彻作用下UHMWPE层合板的动态响应过程,可以为UHMWPE材料在弹道防护领域的应用提供参考。     

压缩载荷下钢质I型夹层梁极限承载能力分析

钢质Ⅰ型夹层结构作为一种潜在广泛应用于船舶工程的结构,其极限承载能力备受关注.本文研究压缩载荷下钢质Ⅰ型夹层梁的极限承载能力,设计并开展缩比模型试验,掌握了钢质Ⅰ型夹层梁结构的极限承载特性.同时,建立了分析压缩载荷下钢质Ⅰ型夹层梁极限承载能力的有限元模型,通过与试验数据对比,验证了数值预报结果的有效性.利用数值模型,探讨了钢质Ⅰ型夹层梁模型各部件厚度对其极限承载能力的影响规律.结果表明,改变下面板厚度对极限承载能力的影响最为敏感,芯层壁厚次之,而上面板厚度最为不敏感,相关研究结果对钢质Ⅰ型夹层结构的工程应用具有一定的指导意义.     

复合材料波纹夹层结构的弯曲性能研究

采用单向碳纤维预浸料制备复合材料波纹夹层结构,对其开展三点弯曲试验与有限元仿真计算。试验结果表明,复合材料波纹夹层结构在三点弯曲载荷作用下依次出现了局部损伤、分层失效和纤维断裂3种失效模式。复合材料波纹夹层结构层数越多,相对密度越大,其失效载荷就越大,抗弯曲性能越好。当相对密度从9.55%增加至15.34%时,极限载荷增加了1035.7 N;当相对密度从15.34%增加至20.72%时,极限载荷增加了1070.2 N。同时借助有限元软件进行数值计算,并将数值计算结果与试验结果进行对比,二者吻合较好,引申探讨了不同芯层几何构型对弯曲性能的影响。     

石墨烯增强铝基SiC复合材料抗侵彻机理试验与数值仿真

[目的]旨在研究新型轻质复合装甲板——石墨烯增强铝基SiC复合材料装甲靶板的抗侵彻失效机理。[方法]利用光镜与扫描电镜对石墨烯增强铝基SiC复合材料进行微观形貌观察;结合弹道枪试验,利用AUTODYN有限元软件建立1/2模型,破片质量为30 g,靶板厚度为43 mm,采用不同的本构模型描述材料,进行数值模拟仿真计算。[结果]结合弹道枪试验及仿真计算,得到石墨烯增强铝基SiC复合材料复合靶板抗侵彻的过程为:破片侵彻靶板时,靶板表层铝合金受破片挤压形成环形卷曲破口,破片继续向后挤压过程中,靶板不断侵蚀破片头部;且破片不断向后冲击剩余靶板形成变形锥,破片速度足够大时,贯穿靶板形成花瓣型破口。[结论]结合微观形貌观察及弹道枪试验,仿真计算结果显示:Johnson-Cook,Cowper-Symonds及Johnson-Holmquist 3种本构模型中,Johnson-Holmquist本构模型更适合描述石墨烯增强铝基SiC复合材料的抗侵彻机理。     

基于统计能量法泡沫铝三明治板隔声性能研究

针对泡沫铝三明治板隔声性能较难评估的问题,提出简单可行的基于统计能量评估方法。以泡沫铝三明治板结构为研究对象,基于统计能量法对其隔声性能进行数值计算,并与实验结果进行比较分析,验证了数值计算方法的可行性。利用此方法研究泡沫铝三明治板结构的夹芯泡沫铝厚度、孔隙率以及增加空气层对其隔声性能的影响,发现当夹层泡沫铝厚度为10 mm、孔隙率为70%时三明治板隔声效果最佳,泡沫铝厚度平均每增加10 mm其隔声量增加2 dB,同时增加空气层可以增加其隔声量。     

复合材料波纹夹层结构低速冲击后的剩余弯曲承载能力

制备上下面板为碳纤维增强树脂基层合板、芯层为铝合金压制波纹的杂交复合结构,对其开展低速冲击性能试验及冲击后的剩余弯曲承载能力试验。结果表明,低速冲击对复合材料波纹夹层结构造成的损伤会对其剩余弯曲承载能力有较大的影响,但随着冲击能量的增大,剩余承载能力却变化极小,而冲击位置对结构的剩余承载能力影响却非常明显。