舰艇气瓶基座结构抗冲击性能评估方法

[目的]基座结构作为连接潜艇设备与舰体结构的重要构件,其抗冲击性能对于舰艇生命力具有重要影响。使用等效静力载荷进行基座—设备抗冲击考核流程简便、计算效率较高,但其仅在低阶响应为主要破坏模式时精度较高。[方法]为此,以空气瓶—基座结构为分析对象,研究基座结构低阶模态质量占比不同时,等效静载荷考核与DDAM设计谱考核方式之间结构应力的相对误差,对比2种考核方式的应力分布关系,明确静G法抗冲击考核计算的具体适用范围。以潜艇结构实际冲击环境为输入载荷,对比分析动力学设计分析方法(DDAM)设计谱抗冲击考核计算结果与时间历程法考核结果的相对误差。[结果]结果显示,当舰艇设备结构的单阶模态质量占比较大时,使用静G法相较于DDAM谱分析方法具有较高的精度。对于安装于潜艇甲板部位的设备,GJB 1060抗冲击标准中规定的冲击载荷可基本等效为冲击因子0.7工况下且爆源均与基座结构在潜艇同一横截面上时的结构冲击环境。[结论]研究结果可为舰载设备抗冲击考核方法的选择提供一定的参考价值。     

敷设抗冲覆盖层的双层圆柱壳抗冲性能研究

[目的]旨在研究双壳体潜艇非接触水下爆炸下的抗冲性能,提出在壳体表面敷设抗冲覆盖层的防护方法,以内壳冲击响应为评价指标,研究不同敷设方式下的抗冲击效能。[方法]采用声-固耦合法,建立外流场-外壳体-舷间水-内壳体的非线性流-固耦合冲击动力学模型,对内外壳外表面均敷设覆盖层（工况2）、仅内壳外表面敷设覆盖层（工况3）和仅外壳外表面敷设覆盖层（工况4）情况下的壳体冲击响应及覆盖层抗冲击效能进行对比分析。[结果]结果表明,对于工况2,内壳体迎爆面不同测点处的加速度、速度和位移峰值平均降低量分别达94.1%,81.2%和23.3%,周向和纵向微应变峰值平均降低量达67.7%和88.3%;对于工况3,相应值分别为60.4%, 45.4%和-2.1%,以及34.6%和68.0%;对于工况4,相应值分别达86.7%, 75.1%和20.3%,以及68.6%和77.8%。[结论]针对双壳体潜艇,在壳体上敷设抗冲覆盖层可有效降低内壳冲击响应,尤其是加速度和速度响应。在外壳体外表面上敷设覆盖层时的抗冲击效果更好。     

低速冲击载荷下Ti80合金平板动响应数值分析北大核心CSCD

[目的]旨在通过动响应数值计算来评估Ti80合金在低速冲击载荷下的抗冲击性能。[方法]首先,利用有限元软件Abaqus/Explicit建立Ti80合金平板低速冲击有限元模型;然后,基于已有的试验结果,验证材料参数的合理性和有限元模型的可靠性;最后,基于该有限元模型,对比分析冲头形状、材料的屈服强度和断裂能对低速冲击载荷下Ti80合金平板动响应的影响。[结果]在冲击响应过程和变形/失效模式下,有限元计算结果与试验结果吻合良好;在低速冲击载荷下,损伤最先出现在Ti80合金平板的背面;锥形冲头的扩孔效应将对Ti80合金平板造成严重的冲塞破坏;冲击响应过程中的冲击力峰值、冲头位移峰值和能量吸收量与屈服强度呈近似线性关系;断裂能的变化对Ti80合金平板的变形/失效模式影响显著,但相较于屈服强度,其对能量吸收量的影响并不明显。[结论]研究成果可为Ti80合金结构物的抗冲击设计提供参考。     

抗冲瓦结构在脉冲载荷下的动态响应分析与优化

为提高抗冲瓦结构的抗冲击性能,基于有限元分析软件Abaqus研究了抗冲瓦结构在不同峰值脉冲载荷下的响应,重点分析了抗冲瓦结构的变形模式、加速度峰值响应与其芯层结构尺寸间的关系,应用多学科优化软件Modelcenter对其结构尺寸进行优化.结果表明:受到冲击后,抗冲瓦结构在冲击端和固定端会出现局部压缩大变形,其变形模式与脉冲载荷峰值有很大关系,芯层胞元的几何尺寸与抗冲瓦结构的抗冲击性能有很大关系,应用遗传算法可以较好地实现结构在动态载荷下的优化.     

静压下考虑腔压的吸声覆盖层吸声性能分析

[目的]潜艇外壳表面敷设的水下吸声覆盖层在高静水压力作用挤压后的形状、材料参数都会发生改变,使吸声性能受到较大影响,故研究此影响对于潜艇声隐身性具有重要意义.[方法]考虑空腔内压力对静压下覆盖层形变的作用及吸声性能的影响,基于轴对称有限元仿真,计算含圆柱形空腔水下吸声覆盖层的单胞变形;将形变量导入吸声覆盖层的一维理论模...     

冲击载荷作用下预紧力螺栓强度特性研究

对冲击载荷作用下的预紧力螺栓进行强度分析,对比分析螺栓联接结构在横向冲击和纵向冲击以及不同预紧力和不同冲击载荷工况下的螺栓强度和结构响应,验算了某舰用汽缸在冲击载荷作用下的螺栓强度。研究表明,螺栓联接在冲击载荷作用下,螺栓的应力响应随着预紧力的变化而变化,且受剪螺栓的预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大;受拉螺栓的强度会随着其预紧力的增大而变薄弱;同时受剪拉作用的螺栓,当预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大。     

双层圆柱壳的抗冲击特性研究

为提高水下航行器的隐身性能,通常在其表面敷设各种声学覆盖层,由于声学覆盖层含有空腔的特殊结构形式,该结构形式在受到爆炸冲击波作用时,腔体将产生变形并吸收能量,从而改善水下航行器的抗冲击性能.文章基于ABAQUS软件,研究了敷设声学覆盖层的加筋双层圆柱壳结构的冲击特性,得到了敷设声学覆盖层的双层圆柱壳结构的抗冲击性能随声学覆盖层敷设方式及其结构形式的变化规律;并在此基础上,给出了兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计及性能参数的优化建议.     

冲击载荷作用下船体变形的数值模拟研究

为了提高船体在冲击载荷作用下的刚度和强度,从而应用在船体的强化设计中,研究冲击载荷作用下船体变形的数值模拟方法,提出基于连续体模型应力评估的船体变形的数值模拟模型,进行船体变形的应力屈服力学分析,建立在冲击荷载下的船体变形的延性断裂行为学模型,采用断裂韧度的规则化测试方法进行船体变形的数值模拟,结合连续体模型应力评估方法进行船体变形的机械强度分析和屈服响应评估,实现船体变形关联约束参量的准确评估和数值模拟。仿真测试表明,采用该方法进行冲击载荷作用下船体变形的数值模拟的精准度较高,通过准确模拟船体变形应力参数进行机械强度设计,改善船体抗冲击载荷能力。     

考虑大挠度影响的球形壳强度与变形分析

球形壳结构在耐压容器与潜艇耐压壳体设计中被大量使用。本文基于幂级数法建立了一种静水压力下考虑大挠度影响的球形壳强度与变形的分析方法。算例表明,本文提供的理论方法与有限元数值方法计算结果相当吻合,算例同时也表明大挠度对球形壳强度与变形有一定的影响。本文方法可以推广到轴对称压力作用下组合壳结构强度分析。     

潜艇耐压锥柱结合壳断裂失效J积分有限元分析

总结了基于有限元方法的断裂力学J积分理论．利用MARc软件建立了潜艇锥柱结合壳有限元分析模型，计算潜艇典型裂纹承受300m静水压力和不同炸药重量及距离下的J积分。通过对典型裂纹J积分有限元计算，从中获得典型裂纹在一次性受载(包括各种冲击载荷)下的应力强度因子。最后，根据材料的起裂韧度(KIC)对该潜艇耐压壳结构进行断裂评价。     

潜艇耐压锥柱结合壳断裂失效J积分有限元分析

总结了基于有限元方法的断裂力学J积分理论,利用MARC软件建立了潜艇锥柱结合壳有限元分析模型,计算潜艇典型裂纹承受300 m静水压力和不同炸药重量及距离下的J积分.通过对典型裂纹J积分有限元计算,从中获得典型裂纹在一次性受载(包括各种冲击载荷)下的应力强度因子.最后,根据材料的起裂韧度(KIC)对该潜艇耐压壳结构进行断裂评价.     

静水压力作用下的圆锥壳强度分析

圆锥壳结构在耐压容器与潜艇耐压壳体设计中被大量使用.文章建立了一种计算静水压力下圆锥壳强度的计算方法,利用幂级数法计算圆锥壳平衡微分方程的通解,通过构造变形函数利用Galekin法确定特解.算例结果表明文中提供的方法与有限元结果相当吻合,文中方法可以推广到轴对称压力作用下环肋圆柱壳结构强度分析.     

不同主压载水舱状态下的双层圆柱壳冲击响应分析

对潜艇结构冲击响应（压力）的分析可以评价结构的抗冲击能力并为提高结构抗冲击性能提供依据。以双层圆柱壳为基础,建立有限元模型。利用仿真算法计算当双层圆柱壳结构在主压载水舱状态改变时,耐压壳与非耐压壳的压力响应,并对压力响应进行了分析。通过数据分析表明：主压载水舱的状态对潜艇主要结构响应有很大影响,尤其是对耐压壳、非耐压壳的压力响应及冲击波过后结构响应的衰减方式、频率都有明显影响。     

六韧带手性蜂窝结构覆盖层的动态压缩行为研究

舰船湿表面敷设的吸能覆盖层能起到一定的抗冲击作用。利用显示动力学有限元软件Abaqus建立该结构的有限元分析模型,研究以超弹性材料为基底的六韧带手性蜂窝结构覆盖层的动态压缩行为,分析覆盖层在动态压缩过程中的变形特征、加速度、应力以及整体的能量吸收等物理参数随时间的变化特性。结果表明在相同载荷、不同冲击速度作用下覆盖层结构的宏观变形模式不同;随着初速度的增加,覆盖层结构的动态压缩行为以及能量吸收表现愈加明显。     

六韧带手性蜂窝结构覆盖层的动态压缩行为研究

舰船湿表面敷设的吸能覆盖层能起到一定的抗冲击作用.利用显示动力学有限元软件Abaqus建立该结构的有限元分析模型,研究以超弹性材料为基底的六韧带手性蜂窝结构覆盖层的动态压缩行为,分析覆盖层在动态压缩过程中的变形特征、加速度、应力以及整体的能量吸收等物理参数随时间的变化特性.结果表明在相同载荷、不同冲击速度作用下覆盖层结构的宏观变形模式不同;随着初速度的增加,覆盖层结构的动态压缩行为以及能量吸收表现愈加明显.     

单/双壳体潜艇结构耐撞剩余强度特性研究

单/双圆柱壳体结构是潜艇的两种典型结构形式.以单/双壳体潜艇典型结构为研究对象,分别设计初始深水静压强度相当的典型单/双耐压环肋圆柱壳体结构模型,基于MSC/Dytran罚函数接触算法,开展相同撞击强度载荷作用下结构模型耐撞动态响应特性分析,提取撞击后结构模型中耐压壳体结构的稳定变形位移场,作为MSC/Marc静强度求...     

大潜深平台多耐压体连接结构接头连接设计

多耐压体大潜深平台在深海静水压力作用下各耐压体纵向变形存在明显差异,导致连接结构发生弯曲变形,会对结构安全和相连设备造成不利影响。对比分析连接结构焊接和接头连接的优缺点,提出一种固定接头与活动接头结合的连接结构接头连接方案,使得连接结构最大主应力相比焊接时降低41.1%。为使连接结构接头连接方案能够更好地承载纵向冲击载荷,设计了一种位移补偿接头,既能在下潜过程中实现耐压体纵向自由移动,又能在下潜到工作深度后和固定接头一起承受纵向冲击载荷。本文可为多耐压体大潜深平台连接结构设计提供有益参考。     

潜艇耐压液舱结构破坏原因及加强形式探讨

耐压液舱区域的耐压壳体在外载荷作用下发生破坏,其破坏原因与相邻耐压壳体的受力相关,相邻耐压壳体的变形对其影响往往很大。在吸收现有潜艇耐压液舱结构理论计算方法、有限元分析和试验研究的基础上,对其结构破坏原因及加强形式进行了探讨。     

舰船基座抗冲击计算研究

参照德国军标BV043/85[1]及文献[2]的设备冲击谱公式,研究了舰船基座在水下非接触爆炸条件下的冲击载荷,并对某柴油机基座进行了抗冲击计算。文章分别计算了基座在静载荷和冲击载荷作用下的应力及变形,其中冲击计算采用了静G法和时间历程法两种方法。计算结果表明,水下非接触爆炸造成的冲击载荷对舰船基座应力、变形产生重大影响,在基座设计中不容忽视。     

层间水对水下双层结构撞击历程的影响分析

双层壳体结构是潜艇等大型水下结构的重要结构形式,潜艇结构的水下碰撞是潜艇的主要事故形式,然而,针对双层壳体的潜艇结构水下碰撞问题的研究工作目前却极为有限.文中首先提出潜艇碰撞问题,并对其碰撞特征进行分析,然后针对潜艇水下碰撞环境下,层间水对碰撞历程的影响和双层结构的碰撞特点进行了理论分析,在数值仿真计算的基础上,着重讨论了双层板结构在碰撞过程中,层间水对撞击速度、碰撞力以及双层板吸能特性的影响,分析结果显示,层间水对双层壳板撞击历程的影响主要体现在两方面:一是接触初始阶段,耐压壳板将由于层间水的存在,与非耐压壳板组成抗冲击弹簧体系参与抗冲击作用,吸收冲击能量,这对于双层壳板的防撞性能是有利的;二是非耐压壳板穿透后,层间水的影响主要体现为水对耐压壳板的粘附作用,耐压壳板的抗撞能力显著下降.