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。     

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.     

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。     

Analysis of impact damage characteristics of marine carbon fiber composite laminates embedded with PEI film北大核心CSCD

[目的]在传统船用碳纤维复合材料层合板层间添加热塑性相材料能有效提升船用复合材料的抗冲击性能,为探究其冲击损伤特性,开展实验研究。[方法]使用光学显微镜观察层合板的热塑性/热固性界面,分析两相材料的结合方式;对不同结构的复合材料层合板进行低、中、高3种不同能量的低速冲击;通过超声C扫描与电子显微镜,对各试件的损伤形貌进行观测,以研究各试件的冲击响应及损伤机理。[结果]结果显示,相较于碳纤维层合板,含热塑性相的船用复合材料层合板具有更好的损伤阻抗;内部嵌膜层合板试件在冲击能量为8和12 J的冲击下,内部分层损伤分别减少了19%和39%,且受到12 J冲击后,内部结构损伤较小,完整性较好。[结论]将PEI热塑性膜嵌于内部能提升层合板的韧性,显著减少内部分层损伤,明显提升内部嵌膜层合板的抗冲击性能。     

舰船加筋复合材料层合板的导纳分析

应用有限元法对加筋复合材料层合板结构进行固有振动特性和导纳特性分析。基于一阶剪切理论的复合材料层合板理论，采用4节点Mindlin壳单元进行结构离散，通过动力学原理建立结构动力学有限元方程，并编制出相应的计算机程序。针对双向加筋复合材料结构进行分析，讨论不同结构模态阻尼系数、不同激励位置、不同边界条件和加筋的疏密程度对结构原点导纳及跨点导纳的影响。依据计算结果，可以进一步研究舰船复杂结构振动能量的传递和隔振效果，为追求最佳振动和声学设计提供分析方法。     

分层受损复合材料层合板的固有频率,振型和阻尼行为研究

本文针对分层受损复合材料板的特点,研究了其固有频率和阻尼行为。基于Ｍｉｎｄｌｉｎ假设的一阶剪切理论和选择积分方法构造了８结点复合材料层合板单元;提出了一种用于含分层受损复合材料层合板动力分析的分层模型;在分层上下部分之间设计了一促特殊的界面连接单元,以防止在低阶模态中分层处出现上下子板不合理的脱离或嵌入现象。依据Ａｄａｍｓ提出的应变能方法,分析了分层受损复合材料板的阻尼特性。通过典型算例,讨论了分     

玻璃纤维增强乙烯树脂复合材料层合板锥形冲头碰撞试验研究

利用自行设计的摆锤试验装置,对玻璃纤维增强乙烯树脂复合材料层合板结构开展了低速碰撞试验研究。通过对比分析冲击力、试件背面中心点位移以及采用超声C扫描定损技术,对复合材料层合板的损伤特性进行了详细分析。试验表明,在一定碰撞能量下复合材料层合板受冲击面出现明显损伤,同时伴随着内部大范围的分层损伤现象的发生;随着碰撞能量的增加,层合板受冲击面损伤程度随之增加,背冲击面也由无明显损伤到出现基体开裂和纤维断裂的现象变化;层合板内部分层的面积与其吸收的能量有关。     

含损伤加筋结构的振动与声辐射特性研究

采用有限元／边界元方法针对加筋结构，研究了损伤对振动与声辐射特性的变异特性。将损伤模型引入结构有限元分析中，针对各向同性损伤单元模型中，采取刚度各向整体弱化的方法分析；对于各向异性损伤单元模型中，采用Kachanov理论，分别引入了x和y两个方向的弹性损伤折减系数。基于Mindlin板理论，建立描述健康和损伤的4结点有限壳单元模型，采用有限元方法计算结构振动特性与表面动力响应。基于4结点二维线性边界元模型，根据Rayleigh积分可以计算结构振动向外辐射的声压，进而可以得到辐射声功率和辐射指向性。为了研究损伤结构处于空气或水中不同损伤位置和大小对结构振动及声特性的影响，文章建立了含损伤结构的动力与声辐射分析方法，就各种损伤对结构振动频率、振动模态与声辐射模态、辐射阻尼、辐射功率与指向性的影响进行了数值模拟。通过对典型算例分析，得出了相应的结论，在评价损伤对船舶与海洋结构物常用的加筋结构声辐射特性影响方面做出了一定的探索。     

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。     

船上含敷料板与加筋结构的固有振动特性研究

本文对含敷料板的低阶模态振动特性进行了研究,将敷料与基板处理为层合板模型,采用基于Mindlin假设的4节点板单元对含敷料结构进行数值模拟,得到系统固有振动特性.为了研究敷料结构系统固有频率的合适计算方法,构造了不同基板厚度和不同敷料厚度,分别采用层合模型和敷料层等效质量的简化方法进行了结果对比.在相应计算例题中,对3种基板厚度和5种敷料层厚度共计15个敷料铺层试件进行了振动测量,并与数值模拟结果进行对比.针对不同铺设厚度的敷料板与加筋板,分别采用敷料质量等效模型和层合板模型,给出了不同计算模型的振动特性计算误差,为工程上选择敷料层振动特征计算方法提供了依据.     

环肋圆锥壳基座振动传递的粘弹性阻尼控制技术研究

敷设粘弹性阻尼材料是船舶结构进行减振降噪的一种有效方式。该文利用有限元迭代法对具有频变特性的粘弹性材料的振动响应进行计算,并验证了计算方法的正确性。同时对粘弹性阻尼材料在带有环肋圆锥壳基座结构的敷设方法进行了研究。研究结果表明对基座的腹板敷设约束阻尼层结构可有效地降低整个结构的振动响应。     

基于粘弹性阻尼层随机性的自由阻尼层板的振动和阻尼分析

本文基于粘弹性阻尼层的随机性用Monte Carlo直接抽样法对自由阻尼层板的振动和阻尼进行了分析研究。分析中随机变量取正态分布。针对不同的阻尼层厚度分别考察了复弹性模量的实部、虚部、材料的损耗因子的影响。考察了整体性和局部单元性阻尼导厚度的影响。结果表明，粘弹性材料弹性模量的随机性对结构固有频率的影响不大，对模态损耗因子影响较大；不论是整体的还是局部单元的，阻尼层厚度的随机性对模态损耗因子的影响很显著。因此粘弹性阻尼层的随机性对抑制结构共振响应和声辐射的影响是较大的。阻尼层厚度局部单元随机性影响表明了对阻尼结构采用随机分析的必要性。     

用粘弹性梁控制加筋板稳态简谐响应的研究

应用模态叠加法研究了以粘弹性梁为阻尼处理的加筋板的稳态简谐响应。在分析中，板和梁均采用每个结点三个自由度的有限元，考虑了梁的偏心作用。以结构幅频特性曲线的方式来研究粘弹性梁阻尼处理对结构响应的控制作用，分析了阻尼材料杨氏模量实部、损耗因子和粘弹性梁剖面尺寸对结构响应的影响。结果表明，粘弹性材料能够有效地控制结构的共振响应。粘弹性梁阻尼处理仅对某些结点和模态起的作用较大，将其与其他阻尼敷设形式合理配置，相信会起到良好的减振效果。     

弹性复合阻振接头在邮轮通风管道中的减振性能研究

为探究弹性复合阻振接头在邮轮通风管道中的减振性能，利用弹性橡胶与质量阻振相结合的质量—阻尼复合阻振技术，设计开发了应用于通风管道中的弹性复合阻振接头，通过风机激励试验研究其在通风管道中的减振性能，得到弹性复合阻振接头在通风管道中的减振效果。试验结果表明：6款弹性复合阻振接头均能有效提高管道结构振动的阻振效果并拓宽阻振频率范围，并且能够降低激励源与管路系统之间的振动传递；在100-5000Hz频率范围内，弹性复合阻振接头的振动传递损失基本在10dB以上，在某些频段下能达到30dB以上，其中双橡胶复合阻振接头在低频中的减振效果最好。试验研究结果对于船舶通风管道的减振设计具有参考价值。     

粘弹性阻尼材料减振性能试验评估方法

为在船体结构声学设计阶段或阻尼材料研制阶段预先评估粘弹性阻尼材料的减振效果,基于锤击法,建立平板振动试验模型,引入频响函数幅值平均衰减量参数,对3型粘弹性阻尼材料复合试样分别在不同频段内的减振效果进行对比分析。结果表明：基于损耗因数和频响函数幅值平均衰减量的粘弹性阻尼材料减振效果试验评估方法能迅速在不同频段对阻尼材料的减振性能进行排序;利用频响函数幅值平均衰减量,可对耗能机理较为复杂的约束阻尼减振效果进行评估,为结构设计或研发阻尼材料提供依据。     

Stochastic wave spectra estimation (SWSE) based on response surface methodology considering uncertainty in transfer functions of a ship

In this paper, a new wave spectra estimation method is proposed in which the frequency domain wave estimation method (FDWE) is extended into a probabilistic analytical framework in order to estimate the encountered sea states involving uncertainty in transfer functions of a ship. The proposed method, named the Stochastic Wave Spectra Estimation (SWSE), makes use of an Hermite polynomial chaos expansion (PCE) to represent the uncertainty in the transfer functions and the response surfaces. The method involves a mathematical formulation where an extension of the deterministic FDWE concept to the space of random variables is made. The proposed method can accurately and easily estimate the encountered wave spectra based on ship response measurements accounting for uncertainty in the transfer functions. In this paper, numerical and experimental investigations of the proposed SWSE are made, where the uncertainties in the transfer functions of heave and pitch motions of a containership are taken into account. The validity of the SWSE is demonstrated by comparison to results of uncertainty analyses through the Monte-Carlo simulations (MCS).     

Hysteretic damping model for laterally loaded piles

Fatigue assessment is a critical design aspect for many offshore structures. Soil-foundation interaction has a direct impact on the system dynamic response of these structures. While the stiffness of the soil-foundation interaction influences the system's natural frequency, the damping influences the amplification of the structural response to environmental excitations. This paper presents a simplified model for estimating the soil damping due to nonlinear soil response for pile foundations, which have wide applications in the offshore industry, such as for supporting jacket platforms, wind turbines and wellhead facilities. The proposed model is fundamentally linked to the damping response of the soil measured at element level therefore it offers design engineers an efficient and accurate way to estimate soil-pile interaction damping based on site-specific soil data. Approaches to include the suggested model for structural analysis are also proposed.     

集装箱船振动及响应分析

介绍了模态频率响应有限元计算方法的基本理论,以多用途集装箱船为目标船,通过建立全船三维有限元模型,用频率响应法得到船体结构的振动响应.文中还讨论了激励与响应关系、水动质量、阻尼、频率响应计算有效频率数选取等问题,以精确预报船体结构振动及响应.本文采用的分析计算方法对目标船结构振动及响应预报值,与实船试验数据具有很好的一致性.     

船舶板壳结构的振动功率流分析

基于功率流采用有限元法研究了板、壳结构的振动功率流特性,分析结构阻尼、阻尼器、加强筋等参数对结构功率流的影响,给出了相应的功率流矢量图和功率流-频率曲线图.分析表明,结构阻尼的改变、阻尼器阻尼值的变化均没有改变系统的固有频率,但随着结构阻尼的增大或阻尼器阻尼值的减小,结构振动响应的峰值变小了;加强筋明显改变了功率流的大小和传播路径.