抗水下爆炸载荷的新型船舶结构形式研究

以吸能原理为理论依据,提出船舶双层底的四种新型抗爆结构形式,建立传统形式和四种新型结构形式的有限元模型.利用MSC.Dytran软件进行数值仿真,获得在相同水下爆炸载荷下五种结构形式的吸能性能、内底板最大变形量、典型部位加速度,并分析比较了五种结构的抗爆性能,从中获得较优的结构形式.     

多舱防护结构水下接触爆炸吸能研究

接触爆炸条件下,舰船结构破损非常严重,大型水面舰艇的多舱防护结构以空间换防护,可将接触爆炸载荷层层吸收,从而保护防护结构内部的各个舱室。文章根据一系列水下接触爆炸试验,结合水下接触爆炸载荷下作用载荷能量和结构破损吸能计算,分析了爆炸载荷能量与结构总吸能的比例关系,以及药量、结构参数对总吸能分配的影响,对提高多舱防护结构抗爆能力具有一定的参考价值。     

舰船双层底新型抗冲击结构形式的冲击性能数值仿真研究

双层底结构是舰船机舱的重要组成部分,在船舶局部强度的提高、机舱的防水性等方面发挥着重要的作用。舰船主机在运行时不可避免的产生振动和冲击,该振动和冲击会通过支撑部件传送到双层底结构,并引起双层底结构的受激振动,进而导致其他船体结构的振动和冲击。由于双层底结构是船舶强度支撑的重要部件,其抗冲击和振动性能对船体结构强度和稳定性有重要意义。因此,舰船双层底抗冲击结构形式和减振技术引起了国内外研究人员的广泛关注。本文采用有限元分析技术,对舰船双层底新型抗冲击结构进行了冲击性能研究,主要包括冲击性能数值计算和振动仿真等内容。     

舰船舷侧防护结构水下接触爆炸动响应分析研究

舰船舷侧防护结构在接触爆炸载荷作用下的动响应问题是舰船抗爆抗冲击设计的重要组成部分。根据国外水面舰船防护结构形式,在某单层舷侧舰船模型基础上增设舷侧防护隔壁结构,并应用国际上通用的动力有限元程序ABAQUS对其进行水下接触爆炸系列数值仿真实验,考核舷侧防护结构对舰船抗爆抗冲击性能的影响。通过结果的对比分析发现,增设舷侧防护结构后较明显改善了船体外板的损伤情况,且防护隔壁仅发生了少量的塑性变形没有产生破口,从而达到了保护内部机舱等重要舱室的目的,并以防护结构双层隔舱内填充液体抗冲击性能最佳。     

夹层板在舰船舷侧防护结构中的应用

水面舰船抗水下爆炸的性能是舰船生命力的重要方面,深受各国海军重视.以某型水面舰船为研究对象,基于夹层板进行舷侧结构设计;选取典型工况,采用三舱段模型技术,使用MSC.Dytran对夹层板舷侧结构在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应进行仿真计算.比较分析了流-固耦合力、结构变形、速度、加速度、吸能等重要力学性能.结果表明夹层板应用于舰船舷侧结构使得结构的变形、位移减小,结构塑性吸能增加,显著改善了结构的冲击环境.夹层板是一种防护性能优良的结构形式,吸能效率较高,还减小了冲击波压力及冲量的吸收及传递,对减小舰船其它部位结构的损伤防护起到重要作用.     

舰船舷侧结构水下抗爆试验和机理研究

通过对舰船舷侧结构模型进行水下接触爆炸试验的破损情况的观测分析,研究了舰船舷侧结构在水下接触爆炸载荷作用下的破坏机理,分析了舰船舷侧典型防护结构的破坏模式.利用能量原理计算了舰船舷侧各层防护结构在不同破坏模式下的吸能率,从而揭示了舰船舷侧结构的抗爆机理,为其抗爆设计提供了理论参考.     

舰船舷侧结构在碰撞作用下的损伤与防护

近年来,船舶碰撞事故频繁发生,其碰撞部位经常发生在舷侧。船舶碰撞后,极易造成舷侧结构断裂损伤、船舱进水,严重时可导致船体总纵强度失效、船舶沉没、环境污染,所以对舷侧结构碰撞机理进行研究,从而提出更加有效的防护措施极为重要,文章从舰船碰撞概率计算、舰船碰撞过程研究方法、舰船抗冲击能力指标、抗冲击能力评估关键技术、结构抗冲击性能优化等方面对舰船舷侧结构在碰撞作用下的损伤与防护方法进行了总结。根据文章的论述可以发现:舰船抗冲击能力评价指标主要有能量、碰撞力、应力和损伤图,在计算碰撞构件的吸能能力时,对于含燃油等易燃物的舱室外壁,还应考虑内能增加引起的温度升高;基于舰船抗冲击性能,应当对船体结构形式进行优化,新型纵桁形式的双层舷侧结构模型有帽形、菱形、半圆管形等。     

水下接触爆炸载荷作用下舰船防护结构模型仿真

在海上作战中,鱼雷等武器的接触爆炸是导致舰船结构失效的主要形式之一,提升舰船的水下抗打击能力具有重要意义。本文的研究包括水下接触式保障载荷的特性分析、舰船防护结构的数学模型建立、舰船水下爆炸冲击的力学特性仿真等,对于改善舰船防护结构的设计质量提供一定的参考。     

舰船舷侧防爆结构在内部爆炸作用下破裂的数值模拟

文章通过应用MSC.Dytran中的多欧拉一拉格朗日耦合方法,对反舰武器战斗部进入舷侧防爆结构内部爆炸作用下其变形和破坏的情况进行数值模拟研究.用多欧拉域模拟结构内外空气中爆炸冲击波传播情况.用快速一般耦合方法计算结构和流体的耦合作用.模拟结果显示:在冲击波作用下,防护结构外层舱室变形、失效后破裂,冲击波通过破口流入内层舱室.由于文中考虑了结构破坏与爆炸冲击波的相互作用,使得数值模拟方法和结果更符合实际.通过对爆炸冲击波动能与结构吸能的研究发现,除了结构的直接吸收削弱了冲击波的动能以外,通过破孔和舱壁上预开的孔泻掉的能量相当于结构总吸能的46.7%.因此在舰船舷侧防护结构设计时考虑内舱壁的适当开孔并减小强度是有益和必要的.     

多层防护结构舱内爆炸试验

舰船舷侧多层防护结构的主要作用是抵御反舰武器对内部结构的破坏。文章通过反舰武器战斗部模型在舰船舷侧防护结构内部爆炸的模拟试验,研究了战斗部内爆作用下防护结构的破坏模式、多层防护结构防御冲击波和高速破片的效果以及内部结构的冲击响应,对比分析了空舱和水舱在战斗部接近爆炸作用下的变形和破坏情况。通过对试验数据的分析发现在战斗部接近爆炸载荷作用下,水舱内板的动态响应出现了"二次加载"现象。     

折叠式夹芯层结构耐撞性能研究

折叠结构是将平板按有规律的线系网格进行局部褶皱而得到的立体结构,是一种新颖的夹芯层结构,可以提高结构吸能特性,改善结构的耐撞性能。文章利用非线性软件MSC.Dytran数值仿真分析了折叠式夹芯层结构在碰撞载荷作用下的力学行为,评估其平均压皱强度及吸能特性;研究了结构参数尺寸对耐撞性能的影响。分析表明,折叠式夹芯层结构在碰撞载荷作用下具有良好的吸能特性,是理想的吸能单元;各结构参数对结构耐撞性能产生不同程度的影响,进行结构参数优化研究可进一步提高结构的吸能。     

几种新型薄壁组合结构的轴向冲击吸能特性研究

金属薄壁管是一种有效的吸能结构，并且在吸能体系中得到了广泛应用。用非线性有限元方法研究了轴向冲击载荷作用下方形直壁管和锥壁管的吸能特性，基于提高结构的吸能能力的考虑提出了几种锥壁组合结构和具有引发机制的直壁组合结构。数值计算结果表明组合结构的吸能能力较之原始结构有显著提高。     

考虑细长杆件不同坠落角度的海洋平台甲板损伤预报方法

[目的]在海洋平台吊装作业中,因吊机设备老化以及违规操作等而造成的坠物事故在海洋平台作业中时有发生,其中在杆件结构,如套管、钻铤等设备方面的问题最为常见,因杆件坠落时接触面积小,常会导致板架结构的损伤破坏。[方法]选取细长杆件坠物撞击甲板结构的场景开展结构损伤研究。在此基础上,考虑坠落角度对结构损伤的影响,确定结构损伤变形模型,并运用塑性力学理论,建立考虑杆件坠落角度影响的结构损伤解析预报方法。[结果]结果显示,小角度坠落场景下的结构损伤变形大,结构吸能高,根据结构响应可将坠落角度分为4个角度区间;解析计算结果与仿真计算得到的吸能曲线在数值以及变化趋势上相近。[结论]在杆状结构以一定角度撞击甲板结构时,甲板产生的塑性变形区域形状会随着撞深而产生变化,针对各阶段甲板变形特点的解析计算对海洋平台甲板板架结构抗撞设计评估具有一定的指导意义。     

一种基于IFP的单壳舷侧耐撞结构

改进船体结构耐撞性是开展船舶碰撞研究的一个主要目的.结构耐撞性设计,就是在碰撞研究的基础上,对传统的舷侧结构进行优化设计,或者设计一些具有特殊吸能元件的新型船体结构形式,来改善船舶的结构耐撞性能.目前,船舶耐撞性的研究主要集中于双层舷侧结构,单壳舷侧结构的耐撞性研究开展得较少.IFP(Improved Frame Panel)是一种先进的舷侧骨架结构,它具有良好的吸能特性和结构强度,是一种理想的能量吸收单元.本文基于IFP构建了一种新式单壳舷侧耐撞结构,并将之应用于某型护卫舰.通过仿真计算和比较研究,证明IFP可以显著提高舰船的侧向抗撞能力,是一种先进的耐撞设计思想.     

水下接触爆炸载荷作用下舰船防护结构的仿真和实验研究

从数值仿真和实验两方面对接触爆炸载荷作用下舰船防护结构的破坏进行了研究.利用LS-DYNA中的ALE算法对多层防护结构在接触爆炸载荷作用下的破坏情况进行模拟,并在相同的条件下进行了实验研究,分析了不同装药量下钢板破口形状、大小和压力峰值,两者结果相比基本一致,表明数值仿真能很好地模拟实验.最后对数值仿真中钢板的塑性区域范围,以及各层板中心点处的有效应力、速度等动态参数的时间历程进行了分析,为舰船防护设计和武器战斗部设计提供依据.     

基于简化解析方法的舷侧结构碰撞吸能分析

船体结构破裂前因产生塑性变形而吸收能量的能力是衡量结构耐撞性的重要指标之一,提出一种简化解析方法对船舶舷侧结构的基本构件梁和板进行吸能能力计算,并将该方法应用于单壳船舷侧结构的碰撞分析.通过系列计算结果比对,从防撞角度对舷侧结构设计提出合理建议.     

爆炸载荷下半潜式钻井平台月池结构动态响应

以某半潜式钻井平台月池结构为研究对象,基于一般耦合法建立拉格朗日与欧拉网格的耦合,计及应变率效应的影响,应用二阶精度求解器ROE算法结合等效当量TNT方法及理想气体状态方程,参考API规范要求设置多组计算工况,对月池结构在不同爆源高度及不同当量载荷下的动态响应进行了数值分析研究。研究发现：整体结构抗爆性能较好,未有结构发生破损失效。当爆源高度超过41.55m或当载荷增大时,对X方向月池内壁板格造成的冲击与变形损伤更大,该处结构在防爆设计时应重点考虑;平台沿Y方向的舱壁为主要吸能构件,占比最低为44.7%,当爆源高度降低时,吸能占比增加,当爆炸载荷增大时,吸能占比降低;沿X方向的舱壁吸能占比稳定约为24%。本文的研究对于评估平台结构抗爆性能,优化结构设计等方面具有一定的参考价值。     

20kW矩形潮流能发电机组结构设计及优化

潮流能是一种开发成本低、对环境影响小、具有良好商业前景的理想绿色新能源。研究了一种新型能量利用率高、水动力性能优良的矩形潮流能水轮机,给出了发电机组总体设计方案和基本尺寸,利用ANSYS软件对支撑结构在额定工况和极限工况下进行强度校核,并采用Screening优化法和NLPQL优化法进行优化设计,优化后的结构重量可以降低13.3%,具有良好的经济效益。     

大型浮式结构物结构碰撞性能分析

碰撞事故是基于事故极限状态设计重点考虑的对象,在设计中越来越受到重视。文章以某大型浮式结构物为研究对象,总结分析ISO、API、HSE、DNV、ABS、BV、LR等标准及规范对碰撞场景的相关规定,提出碰撞分析场景及设计衡准;基于简化分析技术建立碰撞力学模型,利用动态非线性结构分析软件ABAQUS进行仿真分析,通过分析塑性应变、塑性变形、吸能、碰撞力及运动等,校核评估舷侧结构的耐撞性能;分析不同碰撞位置、撞击船型式等对碰撞性能的影响。研究表明:目标大型浮式结构物舷侧结构碰撞事故极限强度满足规范要求,首柱撞击相对比较危险,可作为计算分析控制工况。