高速船复合材料层合板非线性动力响应分析

研究高速船复合材料层合板在冲击载荷作用下的非线性动力响应，其中位移和应力函数均用级数展开，应用四阶Runge-Kutta法进行数值求解，讨论了载荷形式对非对称复合材料层合板动力响应的影响。     

风载作用下综合集成桅杆动态特性实验研究

综合集成桅杆采用复合材料层合板制造,在风载下的动力性能相比传统桅杆有很大改变.通过水池拖曳实验模拟桅杆受风载时的动力特性,测试压力和加速度等动态响应,分析复合材料层合板的力学特性,并与数值计算结果进行对比分析.结果表明:综合集成桅杆在迎风时的动力响应最大;桅杆复合材料层合板的实验值和计算值吻合良好,其应力值和位移值随载荷的增加呈线性变化,桅杆在流体中运动时不会发生共振.     

不同载荷形式下复合材料层合板渐进失效行为研究

近年来复合材料在船舶与海洋工程领域得到快速发展。船舶在服役周期内受载复杂,主要承载板材除受典型的面内拉压外载外,免不了遭受横向波浪载荷作用。研究复合材料层合板在不同载荷形式下结构的响应特征与损伤演化特性,有助于先进复合材料的性能评估及优化设计。本文采用三维实体单元及内聚力单元建立复合材料层合板模型进行计算分析,考察拉压载荷下层合板的极限承载能力与渐进失效过程,研究在横向载荷下层合板结构强度,对比分析其层内及层间损伤模式的差异性。     

高速船复合材料层合板非线性动力失稳分析

对高速船复合材料层合板在轴向线性增长载荷作用下的非线性动力失稳进行了研究。基于极的大挠度基本假设，导出四边简支矩形层合板的非线性动力方程及变形及协调方程；用级数展开把非线性偏微分方程组化为易于求解的Kronecker内积形式的二阶常微分方程组，并由四阶Runge-kutta法数值求解，讨论了加载速率对复合材料层合板动力失稳的影响。由于本文在方程求解中采用了Kronecker内积，故提高了解的精度及效率。     

含层间分层损伤复合材料层合板的动力响应研究

本文研究了含层间分层损伤复合材料层合板分层模型、阻尼和动力响应特征。在分层区上下子板间构造一种特定的界面连接单元,以防止分层处子板间的脱离或嵌入现象。为确定合理的有限元分析中的阻尼矩阵形式,文中进行了多种计算方式的比较,并做了T300/QY8911层合板梁的激振试验,依据耗散能等效,提出对阻尼矩阵构造的改良方法,使系统有限元动力响应分析中,既包含较多模态参数对结构响应的作用,又避免阻尼矩阵的满阵形式以利于有限元分析的计算机实施。利用时域直接积分法对稳态激励下的响应特征进行了研究,通过对界面连接单元刚度对动力特性影响的计算,给出分层受损复合材料层合板的动力响应特征,为含层间分层抽伤层合板动力分析提供了一个有效方法,同时,数值模拟结果对进一步理解层间分层损伤层合板的动态特性也存在一定的参考价值。     

含分层损伤复合材料层合板频率响应函数分析

振动分析中含分层损伤复合材料层合板的动力特性是非常重要的，本文主要研究含分层损伤层合板的频率响应函数（FRFs)。首先，建立分层模型和基于FOSD理论的有限元层合板单元，为保证分析模型中避免出现上子板与下子板间的脱离或嵌入，引入了16节点虚拟界面罚单元，其次，根据Adams应变理论，由层合板SDC推导出相应结构振动的模态阻尼；最后，对0%-80%不同分层大小层合板的分析计算结果，讨论了不同分层大小对受损结构的固有频率，SDC和FRFs的影响，本研究不仅有助深入理解含分层复合材料层合板的动力特性，而且可发展用来预报复合材料层合板分层损伤的程度。     

钢板/凯夫拉层合结构爆炸响应数值分析

复合材料层合板在防护结构中得到了越来越广泛的应用,数值模拟是分析这类结构在爆炸载荷作用下动态响应的有效方法之一。基于LS-DYNA软件平台,建立凯夫拉纤维细观结构有限元模型,通过弹体侵彻试验验证该建模方法的正确性,进而采用所提出的建模方法建立钢板/凯夫拉层合板的有限元模型,实现钢板/凯夫拉纤维细观结构有限元模型爆炸响应的数值模拟。研究表明:纤维材料细观结构有限元模型可以较好地模拟弹体侵彻过程以及层合板在爆炸载荷下的破坏模式。计算结果对比显示凯夫拉层对钢板的抗爆性能可起到明显增强作用。     

水中含分层损伤复合材料层合板的声特征值研究

本文采用复合材料结构有限元和可压缩流体边界元耦合分析方法，研究了重流体介质(Heavy Fluid)中含层间分层损伤复合材料层合板结构的声特征值问题。在建立分析模型时，对完整与受损层合板结构采用有限元方法离散；而针对水中结构声辐射的特点，对可压缩流体介质中声压力场进行边界元离散，在此基础上讨论了含层间分层损伤复合材料层合结构的动力声特征值问题。文中给出的典型算例结果与参考文献结果吻合较好。同时以内含层间椭圆型分层损伤的复合材料层合板为典型结构，在重流体介质中探讨了影响结构声特征值的因素，本文工作为评判含层间损伤对其动力特征值的影响提供了一种有效的计算方法，而且也为含损伤复合材料层合结构声透射和辐射奠定了研究基础。     

舰船复合材料防护结构的选择与优化

为选择与优化舰船复合材料防护结构,根据陶瓷材料的密度小、强度大、硬度高、抗冲击性能良好等特征,建立以金属为面板的金属/陶瓷复合材料和以陶瓷为面板的陶瓷/金属复合材料结构模型,研究复合材料层合板在爆炸冲击载荷下的抗冲击性能,陶瓷/金属复合材料的抗爆炸冲击性能远远优于金属/陶瓷复合材料的抗爆炸冲击性能。在此基础上,考虑复合材料层合板在防护结构中的位置,讨论不同结构参数对防护结构爆炸冲击性能的影响。研究结果表明,当复合材料层合板设置在空舱外板时,舰船的抗爆炸冲击性能相对较优。     

复合材料层合板低速冲击损伤特性影响因素

基于二维Hashin失效准则,在充分考虑低速冲击下层合板纤维和基体拉压失效等损伤模式下,计及材料退化并引入损伤因子,运用ABAQUS软件建立复合材料层合板低速冲击有限元模型。运用该模型深入研究层合板低速冲击问题,考察其动态响应和损伤演化过程,数值结果和实验值吻合良好,验证模型的合理性和准确性。在此基础上,通过对层合板进行各冲击工况的数值模拟,详细讨论冲击能量、铺层形式等参数对层合板低速冲击动态响应和损伤特性的影响规律。     

空间复合材料加筋板流固耦合振动分析

本文用结构有限元与流体边界元方法研究了空间复合材料加筋板结构的流固耦合自由振动，推导了用于结构分析的分项插值型复合材料八节点板单元和三节点梁单元，以及用于流场分析的线性边界单元。用修正的RIRZ向量法与波前法相结合的方法求解特征值问题，避免了因附连水质量引起的结构质量矩阵为满阵的内存困难和非对称矩阵方程约化困难。算例表明，附连水质量对复合材料结构的动力特性影响要比各向同性材料严重得多。     

玄武岩纤维复合材料层合加筋板轴向动力压缩破坏分析

基于通用有限元软件,结合复合材料失效准则对玄武岩纤维复合材料层合加筋板在轴向动力压缩载荷作用下的破坏问题进行了研究,并比较了玄武岩纤维复合材料层与S-2玻璃纤维增强复合材料帽形层合加筋板轴向动力压缩破坏的差异.研究结果表明,玄武岩纤维复合材料层合加筋板具备与S-2玻璃纤维复合材料层合加筋板相当的轴向压缩性能.本研究可以为选用玄武岩纤维作为高速舰船船体材料提供参考依据.     

含分层损伤复合材料层合板声激励下振动特性研究

本文通过对含厚度方向不同位置椭圆分层层合板结构动力分析,讨论平面声波激励对结构动力响应特性的影响,基于分层损伤结构变形特点,将含损伤层合板的基板和上下子板采用Mindlin板单元离散,而分层损伤区以虚拟连接单元模拟,根据耗散能的计算确定结构的模态阻尼特征,建立含损伤层合板的振动响应函数的有限元分析方法,用算例验证模型的可信性,在0-1000Hz范围内,计算了含厚度方向不同位置椭圆分层损伤层合板结构的固有频率、模态阻尼和幅频响应与相频响应,依据计算结果分析了分层损伤对动力特性的影响,有益于进一步对分层损伤建立识别模式.     

对玻璃钢积层板和夹层板公式的探讨

在《玻璃纤维增强塑料渔业船舶建造规范》2008中,积层板及夹层板蒙皮厚度计算公式中的设计衡准参数存在理论缺陷,夹层板厚度计算公式不能充分体现夹层板各组分力学性能与彼此厚度之间的匹配关系。鉴于此,笔者依据复合梁原理,将积层板视为夹层板特例,提出积层板与夹层板的统一公式。此公式虽较各向异性板的弹性力学求解法粗略,但仍能体现夹层板各组分力学性能与厚度的匹配关系。经算例计算,统一公式计算值与LR《特规》相当接近,因此统一公式可用于玻璃钢船体设计。     

轮压载荷下夹层板直升机平台结构响应特性

以直升机平台甲板为研究对象,基于数值仿真方法,考虑弹性工况和塑性工况,分别采用动态冲击、轮胎准静态压载、刚体准静态压载和均布压载4种处理方式模拟轮压载荷,分析夹层板上面板、夹芯层和下面板的响应特点,讨论载荷处理方式对轮压压力分布和结构响应的影响规律,并初步探讨4种载荷处理方式间的内在关系。研究结果表明:在轮压载荷作用下,板架产生高应力、高变形的局部结构响应,采用动态冲击、轮胎准静态压载和均布载荷3种处理方式均能较好地反映夹层板响应,这3种载荷处理方式之间存在联系,轮压载荷可通过等效处理达到一定程度的简化。     

Equivalent design pressure for ship plates subjected to moving slamming impact loads

When a ship navigates at sea, the slamming impact can generate significant load pulses which move up along the hull plating. The effect of the moving pressure has so far not been explicitly considered in the Rules and Regulations for the Classification of Ships. Based on a modal superposition method and the Lagrange equation, this paper derives analytical solutions to study the elastic dynamic responses of fully clamped rectangular plates under moving pressure impact loads. The spatial variation of the moving slamming impact pressure is simplified to three types of impact loads, i.e. a rectangular pulse, a linearly decaying pulse and an exponentially decaying pulse. The dynamic responses of fully clamped rectangular plates under the moving slamming impact pressure are calculated in order to investigate the influence of the load pulse shapes and moving speed on the plate structural behaviour. It is found that the structural response of the plate increases with the increase of the moving speed. The response of the plate subjected to a moving pressure impact load is smaller than the case when the plate is subjected to a spatially uniform distributed impact load with the same load amplitude and load duration. In order to quantify the effect of the moving speed on the dynamic load, a Dynamic Moving Load Coefficient (DMLC) is introduced as the ratio between the dynamic load factor for the moving impact load and that under the spatially uniform distributed impact load. An expression for DMLC is proposed based on analyses of various scenarios using the developed analytical model. Finally an empirical formula which transforms the moving impact loads to an equivalent static load is proposed.     

二次预应力外包钢组合梁叠合楼盖动力特性有限元分析

二次预应力外包钢组合梁叠合楼盖结构体系是目前在外包钢组合梁和预应力结构理论研究基础上提出的新型楼盖体系。这种新型式的组合式叠合结构利用轻骨料混凝土大幅地减轻结构自重,增加楼盖体系保温隔热和隔音性能,同时通过两次预应力的张拉,使该新型楼盖系统适合了大跨度工程施工及承载,以及充分发挥各组合材料物理力学特性的要求,为该类型结构推广应用奠定了基础。论文采用有限元软件ANSYS建立叠合楼盖三维实体模型。对叠合楼盖的动力特性进行了分析,并通过改变预应力的大小、预应力筋的布筋形态和柱的约束条件等进行参数讨论。文中分析了各参数对结构体系自振频率及振幅产生的影响并得到了一些规律性的结论,对进一步研究该体系的动力性能有一定的指导意义。     

船舶复合材料上层建筑概念设计及力学行为研究

针对船舶轻量化的发展需求,以轻质复合材料夹芯结构作为上层建筑的基础板材,以船用复合材料T形连接和y形连接作为设计节点,通过局部设计节点与基础板架的有机组合完成集成式船舶复合材料上层建筑的概念设计.分析船舶上层建筑的多种受载形式,研究其在波浪环境中联合载荷作用下的力学行为表征和宏观响应特性,预报复合材料上层建筑与主船体之间的相互作用及其对船舶总纵弯曲的贡献效率,为船舶复合材料上层建筑的优化设计、可靠性和安全性分析提供有益参考.     

General Analytical Solution of Transverse Vibration For Orthotropic Rectangular Thin Plates

A general solution of differential equation for transverse displacement function of orthotropic rectangular thin plates in free vibration is established in this paper. It can be used to solve the vibration problem of plate with arbitrary boundaries. As an example, the frequencies of a composite laminated plate with four free edges have been solved. The result as compared with the experiment is satisfactory.