填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

波纹夹芯杂交夹层板入水砰击动力响应特性研究

以波纹夹芯杂交夹层板(Hybrid Sandwich Plate with Corrugated-Cores,HSP)为研究对象,建立气-液-固三相数值模型,对结构在不同撞水速度下(1~10 m/s)动力响应特性进行数值计算分析。首先将其与相同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板(Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates,LWCCSP)在入水砰击下的非线性力学行为进行对比,分析探讨2种结构的能量吸收特点以及砰击压力和变形的分布规律,同时研究波纹夹芯杂交夹层板主要设计参数对其抗砰击性能的影响。分析结果表明,波纹夹芯杂交夹层板较同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板具有更好的抗砰击性能;在一定范围内,增加触水面板厚度及芯层厚度对提升波纹夹芯杂交夹层板的抗砰击性能有积极作用,且增加芯层厚度效果更为显著。     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

波纹夹芯杂交夹层板入水砰击动力响应特性研究

以波纹夹芯杂交夹层板(Hybrid Sandwich Plate with Corrugated-Cores,HSP)为研究对象,建立气-液-固三相数值模型,对结构在不同撞水速度下(1～10 m/s)动力响应特性进行数值计算分析.首先将其与相同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板(Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates,LWCCSP)在入水砰击下的非线性力学行为进行对比,分析探讨2种结构的能量吸收特点以及砰击压力和变形的分布规律,同时研究波纹夹芯杂交夹层板主要设计参数对其抗砰击性能的影响.分析结果表明,波纹夹芯杂交夹层板较同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板具有更好的抗砰击性能;在一定范围内,增加触水面板厚度及芯层厚度对提升波纹夹芯杂交夹层板的抗砰击性能有积极作用,且增加芯层厚度效果更为显著.     

基于Zig-Zag模型夹层板振动与声传输特性数值模拟研究

基于Zig-Zag变形假定和板Mindlin一阶剪切理论,建立了复合材料夹层板有限元动力单元模型,分别对上、下面板和芯体建立了三个独立坐标系,考虑各部分转角变量独立,为具有厚夹芯和软夹芯的复合材料夹层板的动力分析提供了一种更为准确的有限元模型.采用有限元/边界元方法,建立了嵌在无限大障板上夹层板声传输的计算模型.通过推导的模型编制计算机程序,针对典型结构研究分析了芯板材料参数和厚度的变化对结构的动力特性的影响,并研究分析了在平面声波入射和混响声场入射情况下夹层板芯层材料参数、芯层厚度的变化对传声损失的影响.数值计算结果揭示了夹层板的动力特性和传声特性,对改善夹层板的力学和声学特性提供依据,对夹层板的设计有一定的指导意义.     

Quasi-static Compressive Behavior of U-type Corrugated Cores Sandwich Panels

金属基夹层板在船舶耐撞及防护结构设计中的应用研究成为国内外研究热点,夹层板具有高效的吸能特性,尤其是夹芯层结构.以U型折叠式金属基夹层板为研究对象,对夹芯层开展横向压皱力学行为实验研究,利用有限元软件Abaqus对其进行数值仿真研究,对比分析夹芯层结构的压皱力、变形、吸能和平均压皱强度等参数,数值仿真分析了不同单元变形模式(ModeI和Mode II)、初始变形对压皱性能的影响.研究表明:试验研究与数值仿真分析得到的U型夹芯层结构压皱性能吻合较好.夹芯层结构变形模式对结构的压皱行为及其压皱性能有显著的影响,变形模式I的吸能效率、平均压皱强度等性能参数均高于变形模式II.初始缺陷决定了结构的变形模式,随着初始塑性位移缺陷增加夹芯层结构的压皱性能下降.     

六层金字塔点阵夹芯板结构在水下近距爆炸载荷下的冲击实验

为研究多层金字塔点阵夹芯板结构在水下近距爆炸载荷下的抗爆性能,加工制作了六层金字塔点阵夹芯板结构模型,通过水下爆炸实验,揭示了多层金字塔点阵夹芯板结构的变形模式,并对模型结构进行数值仿真,分析了夹芯板结构的吸能情况。上面板呈整体下沉变形模式;金字塔点阵夹芯结构存在动态屈曲变形模式;屈曲芯层之间的夹层板呈波浪褶皱变形;下面板呈平台变形模式,靠弯曲和拉伸变形吸能。实验结果表明:夹芯结构的第1层和第6层破坏较为严重,同时由于夹芯层的吸能作用,对下面板起到了一定的缓冲防护作用。     

基于Zig-Zag模型夹层板平面波作用下声传输特性研究

基于Zig-Zag变形假定和板Mindlin一阶剪切理论,建立了复合材料夹层板有限元动力单元模型,分别对上下面板和芯体建立了3个独立坐标系,考虑各部分转角变量独立,为具有厚夹芯和软夹芯的复合材料夹层板的动力分析提供了一种更为准确的有限元模型.采用有限元/边界元方法,建立了嵌在无限大障板上板在简谐平面声波斜入射情况下声传输的计算模型.根据推导的模型编制计算机程序,针对典型结构较为详细地研究分析了芯板材料参数和厚度变化对结构动力特性的影响,并研究分析了夹层板芯层材料、芯层厚度和平面声波入射角度对传声损失的影响.     

Ice impact response and energy dissipation characteristics of PVC foam core sandwich plates: Experimental and numerical study

In this paper, the dynamic responses and energy dissipation characteristics of polyvinyl chloride (PVC) foam core sandwich plates under ice impact are investigated. The ice impact tests of PVC foam core sandwich plates were conducted by employing the horizontal impact experimental apparatus. The finite element simulations were conducted to analyze the dynamic response of PVC foam core sandwich plates based on soil and concrete material model for ice impactor. It was demonstrated that numerical results were in good agreement with experimental results. The deformation modes of the top facesheets were coupling of local indentation with global bending deformation, while the deformation modes of bottom facesheets were overall bending deformation. The permanent deformation of face sheets show that the impact resistance of sandwich plate is better than that of equivalent weight hull plate (EWHP). In addition, based on the actual navigation environment of ship, the effect of impact angle and ice floe shape on dynamic response and energy dissipation are analyzed.     

芯板可压缩的夹层加筋板固有频率分析

推导了一种考虑芯板垂向压缩变形影响的双向加筋的约束阻尼夹层板有限元单元.其中,夹层板面遵循Mindlin一阶剪切变形理论的假定;芯板采用基于厚板理论的非线性位移模式, 各向位移沿板厚成抛物线分布, 并考虑了芯板的横向压缩变形;加强筋采用Timoshenko梁模型,考虑了其剪切变形的影响.根据层间位移连续和板、梁位移连续假设,将芯板和加强筋的位移用上下面板位移表示,推导了相应的位移应变关系, 继而根据Hamilton原理建立了控制方程.数值计算结果表明约束阻尼夹层加筋板有限元单元的推导是正确的;在约束阻尼夹层加筋板的固有频率研究中,考虑夹层板芯层的垂向压缩变形的影响是必要的.还讨论了芯板和加强筋的各个参数对板固有频率的影响.     

等效刚度法计算波纹夹层板弯曲变形与应力

[目的]为探索波纹夹层板弯曲问题的计算方法,求解波纹夹层板的弯曲变形与应力,提出一种等效刚度法。[方法]将波纹夹层板中间芯层等效成正交异性体,应用卡氏定理求解芯层的等效弹性模量,最后应用层合板理论计算夹层板的整体刚度。依据夹层板的整体刚度,求解正交异性板的弯曲平衡方程,计算出夹层板的弯曲变形分布;通过求出的变形,应用虎克定律,即可推导夹层板的弯曲应力分布。[结果]通过算例验证,与文献[7]的方法相比,本文方法计算的刚度误差为-6.98%;与有限元法相比,本文方法计算的夹层板变形最大误差为-2.01%,应力最大误差为3.63%。[结论]这种分层累加计算整体刚度的方法,不仅可避免完全直接采用文献[7]的方法计算刚度时的复杂繁琐推导,而且用于弯曲计算还可获得较好的精度。     

Load-bearing characteristics of marine complex sandwich composites considering unequal elastic modulus in tension and compression

The panel and core materials of sandwich composite usually have the characteristics of unequal elastic modulus in tension and compression. However, in the numerical calculation of sandwich composite, it is usually considered as the material with the same tensile modulus or compression modulus, which often leads to larger calculation errors. The test results show that when the elastic modulus of tension and compression is about 10 times different, the maximum calculated stress and maximum deflection will be more than twice different. In view of the complexity of sandwich composite structure, based on the bi-modulus model of laminated plates, a simplified theoretical formula and numerical calculation method are proposed for bi-modulus sandwich composite structures in this paper. Furthermore, the accuracy of the proposed numerical calculation method of bi-module is verified by the experimental study of composite single-layer plate structure and sandwich composite cabin structure. The results show that the error between the improved numerical calculation method and the experimental measurement results is basically within 6%. Meanwhile, the numerical method based on field variables has wide application range and high convergence, and can be used to calculate complex marine composite structures.     

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.     

Ultimate strength design of stiffened plates under axial compression and bending

The basis for design of stiffened plates under longitudinal compression is outlined and predictions using several codes are compared against numerical results from an inelastic beam-column formulation and test results. In order to explore the inherent differences in column behaviour separately from discrepancies arising due to plate panel behaviour, the code predictions are re-evaluated adopting a common plate panel effective width formulation. On this basis, a critical review of code methods is made and some modifications are proposed.

The effect of the magnitude and direction of applied uniform bending on the axial capacity of stiffened plates is investigated by comparing two alternative design approaches, namely an interaction equation and a method based on the Perry equation, against results from numerical analyses and from rigid plastic theory. The interaction equation is invariably more conservative than the Perry approach but its simplicity tends to be convenient for routine design applications. Finally, results of numerical analyses, together with experimental results from previous studies, on continuous stiffened plates under combined axial compression and lateral pressure are presented and available design guidance is discussed.     

Laser-welded web-core sandwich plates under patch loading

This paper presents an approach to the structural analysis of patch-loaded, laser-welded web-core sandwich plates. This approach is especially suitable for the concept design phase of ship structures. The method consists of two parts; the global bending response is evaluated using sandwich plate theory and the local response of the patch-loaded face plate is determined with the help of basic plate theory. Both analyses utilise analytical and numerical methods and include the effect of the rotation stiffness of the laser-welded T-joint between the face and web plate. Combining the results of these two analyses gives the total response of the web-core sandwich plate. The results of the proposed approach are compared to those given by 3D solid and shell element FE analyses and the agreement of deflections and normal stresses is found to be good. The sensitivity of the response to patch-load size, T-joint rotation stiffness, and plate aspect ratio is studied. The main benefits of the proposed approach are its short analysis time and the good accuracy of deflections and stresses. This considered advantageous when applied to the design of large ship structures such as hoistable car decks.     

钢质夹层桥梁防护装置的耐撞性能研究

通过对桥梁防护装置研究,提出四棱柱式与双折叠式夹层板桥梁防护装置,采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元对其耐撞性能进行数值仿真,探讨两种夹层板防护装置的尺寸参数对其性能的影响.研究结果表明：经结构优化后四棱柱式夹层板的耐撞性能优于双折叠式;分别用两种夹层板替换传统钢质箱式防护装置的外围板,两种夹层板式防护装置的耐撞性能均优于传统钢质防护装置,而四棱柱式防护装置的性能最佳.     

基于高频感应加热的船用钢板材弯曲成形

在船舶建造过程中,高频感应加热是实现船体板材高效高精度弯曲成形的重要方法。本文首先采用25KW新型高频感应加热设备,进行不同感应加热过程及工艺的实验,得到典型弯曲形式的船体外板（马鞍型和帆型）。同时,采用三坐标定位仪进行面外弯曲变形的测量和曲面重构,得到实验板材面外弯曲变形的分布和数值。通过热-弹-塑性有限元分析与弹性有限元分析两种方法,计算预测板材在高频感应加热作用下的面外弯曲变形;两种数值方法预测的板材面外弯曲变形趋势和数值与测量结果比较吻合,且在弹性有限元分析中,计算机资源消耗少,计算结果精度高。     

夹层板脱层对结构振动特性的影响分析

聚氨酯弹性体钢夹层板结构（SPS）因其优异的力学性能和可设计性，近年来在船舶制造等领域得到广泛应用。本文通过理论与数值仿真，研究了 SPS夹层板结构自由振动以及脱层对振动特性的影响。首先，对 SPS夹层结构，提出一种等效模型，采用简化一阶剪切变形理论，建立了夹层板横向自由振动控制方程，并结合边界条件给出了 SPS夹层结构的振动频率表达式。通过与文献和数值仿真结果的对比分析，验证了本模型与方法的有效性与准确性。考虑结构易脱层的特点，研究了面/芯脱层对结构振动特性的影响，对比分析脱层范围、脱层位置以及脱层形状对结构低阶频率的影响，给出了各脱层参数与结构低阶振动频率的关系，为 SPS结构的设计与应用提供指导。