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.     

复合材料桅杆应力分布特性及其极限载荷研究

船用复合材料桅杆采用新颖的八边形筒形结构,复合材料夹层板对于桅杆来说也是一种创新探索,对其应力分布特性和极限载荷的研究具有实际意义。通过力学分析,给出了桅杆在真实环境中所受到的三种载荷具体形式,并采用流体动力学方法,模拟出三种载荷共同作用下复合材料结构的受力响应情况,由此得到其应力分布规律。再通过大量计算得到不同蒙皮和芯材厚度下胶层应力随风速变化曲线,由此得到该种复合材料夹层结构在常用厚度范围内的极限载荷统计规律,以供参考。     

计及水流场效应的军辅船空爆毁伤特性

为研究空中爆炸载荷对舰船结构的毁伤效果,利用Ansys对典型军辅船进行完整建模,在考虑船体周围水流场的前提下,基于LS-DYNA中的ALE算法模拟了典型舰船结构在空中爆炸作用下的响应并将之同实船实验数据进行对比分析,验证了其有效性。通过分析不同工况下典型位置的冲击响应数据及舰船结构毁伤效果云图,得出如下结论:空爆对舰船的毁伤具有明显的局部效应;强构件交界处及舱室角隅处因空爆反射波而产生应力集中,从而成为空爆中的薄弱环节;空中接触爆炸对舰船结构的毁伤效果以形成局部破口为主要形式;穿舱爆炸破坏模式受舱室容积的影响较大,距离爆源相同距离处的响应峰值有很大的不同,各层板架具有明显的滤波吸能效果。文中的计算方法及结论将为舰船抗空爆毁伤相关方面的研究提供参考。     

空爆载荷下U型夹层板抗爆性能数值仿真研究

力学性能优越的夹层板结构在飞机、高速列车等交通运输领域得到广泛应用.为研究U型夹层板空爆载荷下的损伤特性,利用有限元软件MSC.Dytran分析U型夹层板空爆载荷下的损伤变形模式、耦合力、结构位移、速度、加速度、吸能,并与加筋板架对比;应用正交试验设计方法分析结构参数对抗爆性能的影响程度及较优的尺寸组合.分析表明:冲击载荷下U型夹层板上下面板的变形模式为膜拉伸,产生波浪式变形;夹芯层易于压皱变形,减少了对上面板冲击载荷的传递,同时夹芯层吸能效率较高,使得上面板的塑性变形显著减小;夹层板上下面板位移、速度、加速度、吸能均小于加筋板,表现出优良的抗爆性能.结构参数对夹层板抗爆性能影响程度的主次顺序为:夹芯角度、上面板厚度、夹芯壁厚度、下面板厚度;经验证,优化尺寸后的夹层板抗爆性能显著提高.     

空中爆炸载荷作用下舰船水密门抗冲击分析

选取典型空中爆炸载荷工况,应用ls-dyna实时模拟空中爆炸载荷,研究不同结构形式对水密门冲击响应的影响。通过对2种结构水密门设备分别进行抗冲击实例计算,实现了水密门结构在空爆冲击下的运动响应过程。对比研究结构最大应力、应变特征参数,分析得出不同结构水密门最大应力位置规律及结构冲击特点,获取水密门设备最大响应位移,指出板架加强结构可以有效地减小水密门整体最大应变值和最大位移,为舰载设备抗冲击分析、优化设计提供技术路径。     

基于ANSYS的舰船桅杆振动半主动神经网络控制仿真

舰船桅杆在风载、船舶横摇惯性载荷以及由螺旋桨引起的桅杆基础加速度激励等载荷作用下,其顶部雷达处会产生较大的转角振动,严重影响雷达追踪的分辨率.文中以磁流变液阻尼器(Magneto-Rheological Damper)为作动器,采用神经网络模拟该阻尼器的逆向动特性,并运用独立模态空间控制算法设计了半主动控制系统.研究了基于ANSYS平台的振动半主动控制实现方法,并最终在ANSYS中实现了基于磁流变阻尼器的舰船桅杆振动半主动控制.数值计算结果表明,文中设计的控制系统能有效地减小桅杆顶部雷达的转角振动,基于ANSYS实现结构振动控制仿真是可行的.     

玄武岩纤维复合材料舰船船体结构性能分析

玄武岩纤维复合材料在耐高温、耐酸碱、介电等性能方面有一定的优势,且价格低廉.采用有限元方法,分别针对玄武岩纤维复合材料和玻璃纤维增强复合材料建造的典型舰体舱段,计算不同载荷下的结构力学性能.比较了不同载荷时舰体舱段总体变形及局部关键位置的变形大小及应力水平.结果表明,玄武岩纤维复合材料应用于舰船结构制造,将能提高船体强度、降低制造成本,为舰船结构选用玄武岩纤维复合材料建造提供了参考依据.     

点蚀损伤钢板在空爆冲击波载荷作用下的动态响应研究

为探讨固支点蚀损伤钢板结构在空爆冲击波载荷作用下的动态响应,利用有限元分析软件Ansys/LSDYNA,开展了空爆冲击波对固支点蚀钢板板的毁伤作用数值模拟计算,探讨了点蚀损伤深度、点蚀损伤分布密度及点蚀损伤分布位置对固支钢板结构在空爆冲击波载荷作用下动态响应的影响。结果表明,点蚀损伤深度、点蚀损伤分布密度均对板的动态承载能力有较显著影响,而点蚀损伤分布位置则影响非常小。     

连续玄武岩纤维增强复合材料船体水下爆炸响应的数值仿真

运用有限元程序MSC.Dytran数值计算水下爆炸载荷作用下连续玄武岩纤维复合材料船体舱段结构的响应,采用层合板模型模拟纤维复合材料,选取一般耦合算法计算流体与结构的耦合效应,并将计算结果与E玻璃纤维复合材料船体仿真结果进行比较,分析2种材料船体结构压力时历曲线、破坏起始位置及破坏形式,得出结论:玄武岩纤维复合材料和E玻璃纤维复合材料船体底板在爆炸载荷的作用下起始破坏形式不同,玄武岩纤维的压缩强度和拉伸强度之比较高,在实际设计制造中更有优势。在船舶建造中可以使用连续玄武岩纤维复合材料替代玻璃纤维复合材料。     

空爆载荷下舱壁新型加筋结构形式研究

采用非线性瞬态动力学分析软件MSC.Dytran,以某舰船舱壁为研究对象,对其进行单层舱壁结构设计分析。根据结构加筋形式的不同,将舱壁结构分为三角管型舱壁、半圆管型舱壁及方管型舱壁3种。利用MSC.Dytran,对不同舱壁结构形式在空爆载荷作用下的能量吸收、变形和加速度等响应进行数值模拟研究。通过对新型设计的舱壁结构与传统板筋舱壁结构的动态响应分析比较发现,方管型舱壁的抗爆抗冲击效果相对较优。     

水下非接触爆炸时舰船长轴系的冲击响应

利用有限元建模和数值仿真的方法,对某一型船的长轴系进行抗冲击动态分析,得出该轴系在水下非接触爆炸时的位移和力响应,分析了不同冲击输入条件下轴承刚度对抗冲击能力的影响,对轴系抗冲击设计技术有实际指导意义。     

近距空爆载荷下钢板/聚脲复合结构动响应特性仿真

[目的]为探讨聚脲涂层对钢板抗爆性能的提升机制,掌握背涂聚脲层对钢板动响应特性的影响规律,对钢板/聚脲复合结构的抗爆动响应过程进行仿真研究。[方法]采用LS-DYNA软件对钢板/聚脲复合结构在近距空爆载荷作用下的变形/失效过程及吸能机制进行数值仿真,并与文献试验结果进行对比,验证数值仿真方法的合理性和准确性。在此基础上,进一步分析前侧钢板层与背侧聚脲层的厚度配比及强度配比对结构变形/失效及能量吸收的影响。[结果]结果表明:背侧聚脲层在抗爆过程中存在二次崩落现象,其崩落碎片动能在后侧聚脲层总吸能中占主导地位;随着钢板-聚脲厚度比值的增加,前侧钢板层的最大塑性变形先减小后增大;随着强度比值增大,钢板的最大塑性变形和聚脲的吸能占比均单调减小。近距空爆载荷作用下,由于崩落而形成的碎片动能是后侧聚脲层的主要吸能方式;总面密度不变时,钢板/聚脲复合结构存在抗爆性能最优的厚度配比;强度比值的增大会降低聚脲层的吸能占比,同时提升结构的整体抗爆性能。[结论]研究结果可为钢板/聚脲复合结构的抗爆防护设计提供参考。     

空中爆炸下舰船桅杆结构变形及破裂的数值模拟

对某舰的桅杆结构及相关甲板，用Lagrange单元进行模拟，桅杆周围、内部的空气用Euler单元进行模拟，Lagrange单元和Euler单元耦合界面采用一般耦合方法。运用动力有限元软件MSC／DYTRAN中的多欧拉-拉格朗日耦合方法，欧拉方程求解时使用具有二阶精度的Roe求解器，用MSC／PATRAN进行前后处理，模拟出了桅杆结构在空中爆炸作用下的变形及破裂。在破口处，冲击波传入桅杆内部，使内部空气压力发生变化。数值分析表明，应变率对结构非线性变形影响较大，计算中应当予以考虑。     

基于有限元分析的船用配电板抗冲击设计

本文介绍某船配电板抗冲击设计。通过对现有冲击计算方法的理论分析,选取了一种适合某配电板冲击仿真的计算方法并对配电板研制阶段进行了抗冲击性能分析及优化,减小了系统冲击响应。产品在国家标准要求下进行了冲击试验,实验结果满足工程设计实际需求,为后续同类产品设计及优化提供了理论支撑与设计参考。     

复合材料帆船桅杆强度可靠性分析

针对帆船桅杆失效事件,基于船舶领域可靠度理论,对复合材料帆船桅杆的可靠度进行计算。建立复合材料帆船桅杆的有限元模型,对某一铺层方案进行强度校核。基于可靠性理论,采用JC法和Matlab软件对复合材料帆船桅杆的强度可靠性进行分析,最终得到复合材料桅杆的可靠性指标。该研究能避免传统强度校核采用的确定性方法不能保证结构每个位置在一定概率下都是安全的缺点,对复合材料桅杆的结构可靠性研究具有一定的参考价值。     

空中爆炸下舰船桅杆结构动态响应的数值模拟

对某舰的桅杆结构及相关甲板,用Lagrange单元进行模拟,桅杆周围的空气用Euler单元进行模拟,Lagrange单元和Euler单元耦合界面采用一般耦合方法.运用动力有限元软件MSC/DYTRAN进行计算,欧拉方程求解时使用具有二阶精度的Roe求解器,用MSC/PATRAN进行前后处理,模拟了桅杆结构在空中爆炸下的全过程.从计算结果可以得到爆炸冲击波的传播过程,桅杆结构中各点的加速度、速度、位移、应力响应.分析爆炸冲击波的比冲量及靠近桅杆结构的冲击波峰值压力表明本文计算结果是合理的;计算中考虑了流固耦合效应,模拟出了冲击波的反射和绕流,更加接近实际情况.因此文中的研究,对桅杆抗爆设计具有一定的参考价值.     

Blast loaded plates

Plates form one of the basic elements of structures. Land-based structures may be subjected to air blast loads during combat environment or terrorist attack, while marine structures may be subjected to either air blast by the attack of a missile above the water surface or an underwater explosion by the attack of a torpedo or a mine or a depth charge and an aircraft structure may be subjected to an in-flight attack by on-board explosive devices. Furthermore, gas explosion occurs in offshore installations and industries. This review focuses on the phenomenological evolution of blast damage of plates.     

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。     

舰船爆炸试验环境监控摄像机的抗冲击设计

以水下非接触爆炸环境为研究背景,在论述隔冲原理及粘弹性材料力学特性的基础上,分析了粘弹性复合材料隔冲结构的各种非线性因素。根据物理样机的实际工况,建立了粘弹性复合材料隔冲结构的有限元模型,通过仿真计算,得到了瞬态激励条件下隔冲结构的动力衰减曲线。在此基础上完成了摄像机的抗冲击结构设计,并进行了实验室验证,满足了爆炸试验对摄像机的抗冲击要求。     

一种空气雾化喷嘴的仿真研究

全面考虑了液滴的破碎、碰撞以及液相与气相的耦合作用,建立了二次射流空气雾化喷嘴喷射雾化模型,以水模拟航空煤油,空气作为雾化工质气体,采用相应的算法进行了数值仿真研究,得到了二次射流空气雾化喷嘴雾化效果较普通空气雾化喷嘴好的结论。