纳米SIO_2气凝胶毡与高强聚乙烯复合抗弹结构隔热性能研究

为探讨新型复合装甲在舰船发生火灾时高温对气凝胶毡保护的高强聚乙烯的影响规律,以及在A60标准条件下高强聚乙烯免受高温影响所需气凝胶毡的厚度,设计了不同厚度的气凝胶毡与高强聚乙烯夹芯防护结构,借助有限元软件Ansys14.0对其温度场进行了数值模拟,并与实验结果进行对比分析。结果表明:实验结果与数值仿真计算结果较吻合;气凝胶毡面火层温度梯度较大,向背火层方向依次减小,SiO_2气凝胶毡具有很好的隔温效果;该防护结构达到A60热防护要所需SiO_2气凝胶毡的厚度约为21.8 mm。     

复合抗弹结构设计及隔热性能验证

超高分子量聚乙烯纤维增强塑料(UFRP)层合板具有良好的抗侵彻性能,但受温度影响明显,其热损伤的临界温度仅为147℃.为了避免火灾产生的高温使UFRP层合板失去抗弹性能,设计了以船用钢为前/后面板,SiO2气凝胶毡为隔热层,UFRP层合板为抗弹层的复合抗弹结构.在A60耐火等级标准条件下,对复合抗弹结构的有限元模型进行瞬态热分析,探索了复合抗弹结构内部的温度分布与SiO2气凝胶毡隔温层厚度的关系.根据有限元仿真结果,近一步对SiO2气凝胶毡隔热层厚度为20 mm的复合抗弹结构单元开展耐火试验.结果表明:SiO2气凝胶毡具有良好的隔热性能,在A60耐火等级标准条件下,保持复合抗弹结构中UFRP层合板抗弹性能完好所需的SiO2气凝胶毡隔热层厚度至少为20 mm.     

SIO_2气凝胶毡/陶瓷棉/高强聚乙烯多层复合抗弹结构隔热性能试验

为研究高强聚乙烯在高温条件下使用的适用性,以及SiO_2气凝胶毡和陶瓷棉的隔温性能,提出SiO_2气凝胶毡/陶瓷棉与高强聚乙烯紧密贴合无间隙复合舱壁结构的方案,对结构单元进行模拟标准火源的耐火试验研究,分析耐火材料的失效模式以及不同耐火材料厚度对夹芯结构的影响规律,探讨复合结构舱壁在满足耐火要求的前提下面密度和结构整体厚度的实用性。试验结果表明:适当厚度的SiO_2气凝胶毡和陶瓷棉均具有较好的耐火隔温性能,适当增加隔温层厚度能明显提高复合舱壁结构的热防护效果;达到相同隔温效果所需要的SiO_2气凝胶毡比陶瓷棉薄,就面密度和结构整体厚度而言,SiO_2气凝胶毡更有优势;在带陶瓷的夹芯结构中,陶瓷也能起到一定的隔温作用,综合优化此复合舱壁结构能有效提高舰船舱壁的防护性能。     

复合抗弹结构设计及隔热性能验证

超高分子量聚乙烯纤维增强塑料(UFRP)层合板具有良好的抗侵彻性能,但受温度影响明显,其热损伤的临界温度仅为147℃。为了避免火灾产生的高温使UFRP层合板失去抗弹性能,设计了以船用钢为前/后面板,SiO_2气凝胶毡为隔热层,UFRP层合板为抗弹层的复合抗弹结构。在A60耐火等级标准条件下,对复合抗弹结构的有限元模型进行瞬态热分析,探索了复合抗弹结构内部的温度分布与SiO_2气凝胶毡隔温层厚度的关系。根据有限元仿真结果,近一步对SiO_2气凝胶毡隔热层厚度为20 mm的复合抗弹结构单元开展耐火试验。结果表明:SiO_2气凝胶毡具有良好的隔热性能,在A60耐火等级标准条件下,保持复合抗弹结构中UFRP层合板抗弹性能完好所需的SiO_2气凝胶毡隔热层厚度至少为20 mm。     

SiC陶瓷和SiO2气凝胶的耐热和隔热性能研究

为了检验SiC陶瓷和SiO2气凝胶的耐热和隔热效果,对其结构单元进行了高温高速气流的模拟冲击实验。结果表明SiC陶瓷层和SiO2气凝胶层具有很好的耐热和隔热性能。SiC陶瓷耐热性能稳定;SiO2气凝胶的隔热效果随着表面温度的升高越来越显著。模拟时间内,热量仅渗透到SiO2气凝胶一半的厚度,且随着时间的延长,热量渗透速率明显趋于缓慢。研究结果表明,综合利用SiC陶瓷的耐热特性和SiO2气凝胶的隔热性能,该复合能有效保护金属背衬结构。     

新型水面舰艇防护结构模型制作工艺及装舰可行性分析

[目的]为确保研究的新型防护装甲结构在大型舰船上顺利安装,充分提高安装效率以及发挥防护效果,开展了大型舰船新型防护装甲的装舰工艺研究。[方法]以"纳米二氧化硅(SiO_2)气凝胶/抗弹陶瓷/高强聚乙烯(PE)/纳米SiO_2气凝胶"典型复合装甲为研究对象,对该复合装甲进行模型设计、材料和设备选型以及局部1∶1模型制作工艺的研究。探讨新型复合装甲在焊接过程中,高温对高强聚乙烯的响应以及在实船上安装工艺的可靠性。[结果]试验结果表明,焊接所产生的高温对高强聚乙烯无影响。[结论]研究的新型防护装甲安装工艺流程具有可行性、操作性较好、精度可控、质量可检查、可靠性好等特点,是一种可行的装舰工艺方案。     

纤维增强复合材料夹芯结构抗高速破片侵彻数值模拟

为防御高速破片侵彻,设计以玻纤为面板、PVC泡沫与高强聚乙烯为芯层的复合结构,利用数值方法研究其抗侵彻性能,分析破片侵彻过程以及探讨破片速度、PVC泡沫和高强聚乙烯在芯层中的位置及其对复合结构抗弹性能的影响。结果表明:破片侵彻过程中,前置玻纤发生剪切破坏;PVC泡沫若在高强聚乙烯前发生剪切破坏,在高强聚乙烯后发生压缩破坏;高强聚乙烯发生剪切和拉伸破坏,后置玻纤发生拉伸破坏。结构吸能随破片速度增加而增加;PVC泡沫要置于高强聚乙烯纤维后才能够充分发挥PVC泡沫压缩吸能特性。     

气凝胶在蒸汽动力舰船中的应用研究

通过理论计算,结合所选用的气凝胶材料厚度规格,初步确定了不同管径、不同温度下,气凝胶保温层的厚度;并通过试验验证了气凝胶的保温性能,根据所需包覆物体实际形状,制定相关施工工艺.     

高强聚乙烯/负泊松比复合结构抗侵彻性能快速预报研究

本文旨在利用代理模型技术实现高强聚乙烯-负泊松比效应复合结构抗侵彻性能的快速预报,首先对高强聚乙烯层合板抗弹片侵彻数值仿真方法进行验证,建立可靠的高强聚乙烯-负泊松比效应复合结构抗侵彻数值仿真模型,并构建了其弹道极限快速预报的代理模型;分析了不同的代理模型方法和采样方式对代理模型精度的影响规律。结果表明,相较多项式响应面和径向基函数代理模型,Kriging代理模型的预报精度最高,最大相对误差为18.1%,归一化均方根误差为8.8%,相关系数为0.85;正交设计试验方法较拉丁超立方采样方式更适合复合结构弹道极限速度预报,本文为侵彻载荷下结构动态响应快速预报研究提供了参考。     

高强聚乙烯层合板抗侵彻性能

以世界上较为通用的破片模拟弹作为高强聚乙烯层合板的防御对象,利用高速摄影技术得到了破片的具体侵彻过程,并通过弹道试验,得到了弹道极限和剩余速度的试验值。试验后的靶板变形模式和吸能机理表明:高强聚乙烯层合板在弹道极限附近的防护效率最高。根据试验结果拟合得到了不同面密度下的靶板弹道极限和剩余速度的经验公式,并比较了经验公式和经典公式计算值与试验结果,前者与试验结果吻合较好。     

轻型陶瓷/金属复合装甲抗弹分析模型研究

为探讨轻型陶瓷复合装甲结构设计,在弹道冲击响应特性试验研究与分析的基础上,针对薄金属背板支撑的陶瓷复合装甲,以金属背板发生碟型变形-剪切-花瓣型失效为分析对象,建立了陶瓷/金属复合装甲侵彻过程的近似解析模型。模型考虑了弹体的侵蚀失效及陶瓷碎片脱离弹头表面,向侧向和反冲击方向的运动,得到了陶瓷/金属复合装甲中金属背板的动态冲击响应及失效,陶瓷/金属复合装甲的弹道极限速度计算公式和弹体的剩余速度计算方法,模型分析结果与试验结果吻合良好。     

非粘合柔性管破段强度解析分析（英文）

This paper presents an analytical scheme for predicting the collapse strength of a flexible pipe, which considers the structural interaction between relevant layers. The analytical results were compared with a FEA model and a number of test data, and showed reasonably good agreement. The theoretical analysis showed that the pressure armor layer enhanced the strength of the carcass against buckling, though the barrier weakened this effect. The collapse strength of pipe was influenced by many factors such as the inner radius of the pipe, the thickness of the layers and the mechanical properties of the materials. For example, an increase in the thickness of the barrier will increase contact pressure and in turn reduce the critical pressure.     

波浪作用下灌砌块石海堤的护面稳定性

通过物理模型试验,对一种新型的海堤护面结构形式——灌砌块石护面的稳定性进行研究,总结了波浪作用下灌砌块石护面失稳破坏的发展过程。研究结果表明:灌砌块石稳定性随破波参数的增大而减小、随开孔率的增大而增大,同时镇压层的设置有利于提高灌砌块石的稳定性。结合前人关于砌石护面稳定性的研究成果,给出了不同开孔率下灌砌块石护面稳定厚度计算公式。     

船舶内装板耐火分隔结构设计与性能研究

设计一种以气凝胶和铝蜂窝材料为主的船舶内装板结构。介绍了船舶內装板耐火分隔定义及设计方法。根据耐火分隔标准试验,设计以电加热板模拟加热炉温升的耐火分隔小尺寸样件模拟试验。根据小样模拟试验原理,建立耐火分隔有限元模型,结果表明,仿真和试验结果较为接近,仿真计算方法可以为耐火分隔结构优化提供手段。通过仿真分析计算,得到船舶内装板中气凝胶的最小厚度为5mm,內装板结构整体重量较50mm厚复合岩棉板轻25%。研究方法可以为新型耐火分隔结构的设计提供参考。     

Structural response of a flexible pipe with damaged tensile armor wires under pure tension

This article studies the structural response of a 6.0” flexible pipe under pure tension considering intact and damaged conditions. In the damaged condition, several wires of the tensile armor layers are assumed to be broken. A three-dimensional nonlinear finite element (FE) model devoted to analyze the local mechanical response of flexible pipes is employed in this study. This model is capable of representing each tensile armor wire and, therefore, localized defects, including total rupture, may be adequately represented. Results from experimental tests validate the FE predictions and indicate a reduction in the axial stiffness of the pipe, a non-uniform redistribution of forces among the remaining intact wires of the damaged tensile armor layers and high stress concentrations in the wires near the broken ones. Moreover, the FE model indicates that significant normal bending stresses may arise in the pressure armor and inner carcass due to an uneven pressure distribution on these layers. Finally, the results obtained are employed to estimate the pull out capacity of the studied flexible pipe.     

A finite element model for flexible pipe armor wire instability

The constructive disposition of metallic and plastic layers confers flexible pipes with high and low axial stiffness respectively when tensile and compressive loads are applied. Under certain conditions typically found during deepwater installation or operation, flexible pipes may be subjected to high axial compression, sometimes accompanied by bending. If not properly designed, the structure may not be able to withstand this loading and fails. From practical experience observed offshore and in laboratory tests two principal mechanisms, which will be discussed in this paper, have been identified regarding the configuration of the armor wires. When the pipe fails by compression the armor wires may exhibit localized lateral or radial deflections, consequently permanent damage is observed in the armor wires with a sudden reduction of the structure’s axial stiffness. The pressure armor may also unlock, thus causing potential fluid leakage.In this work a finite element model is developed to estimate the critical instability load and failure modes. An axi-symmetric model is constructed employing a complex combination of beam and spring elements. For each armor layer only one wire needs to be modeled, hence the computational cost is minimized without compromising the phenomenon characterization. A parametric case study is performed for a typical flexible pipe structure, where the friction coefficient between the wire armors and the external pressure are varied, and the critical instability loads and failure modes are obtained and results are discussed.     

斜坡式护岸护面块体优化设计

结合物理模型试验,对某工程区域的斜坡式护岸护面块体的结构形式进行优化设计,并对护面块体的稳定性进行分析研究.优化方案实施后,使用安全,并获得良好的经济效益和社会效益.     

海底光缆制造中的优化

在计算双层铠装海底光缆拉伸强度的基础上，建立了海底光缆结构参数的优化模型，对于海底光缆的设计制造有一定的指导意义。海底光缆铠装钢丝层之间的滑动对于海底光缆的拉伸强度有重要影响，分析这种滑动产生的原因，提出控制滑动的一些方法，并建立相应的结构参数优化模型。     

静水压力下变厚度圆柱(锥)壳结构强度分析

文章将变厚度圆柱(锥)壳简化为轴对称的二节点单元,根据平衡方法推导了该结构的单元刚度阵与载荷阵,建立了求解静水压力下变厚度圆柱(锥)壳结构强度的解析单元法(AEM)。利用该方法对一个简单的变厚度锥柱接合壳算例进行了计算并与有限元方法的计算结果进行了比较。研究表明,文中提出的AEM法可以对静水压力下变厚度锥壳结构强度进行准确分析。该方法可以推广到各种轴对称压力作用下的变厚度圆柱(锥)壳结构强度分析。