聚脲涂层舷侧板架抗撞性能试验研究

针对船舶舷侧结构抗碰撞问题,开展有无聚脲涂层舷侧板架落锤试验研究。以某型舰船结构为依据建立舷侧板架有限元模型,利用瞬态动力学软件MSC/Dytran对模型进行数值仿真并确定落锤高度及试验工况。在此基础上,制作模型板架进行有无聚脲涂层舷侧板架落锤冲击试验,分别获得有涂层和无涂层舷侧板架在碰撞冲击载荷作用下的损伤变形、破口大小及碰撞力,对比研究聚脲材料的抗撞防护性能。结果表明,聚脲涂层的存在能够加强舷侧板架的耐撞防护性能。     

聚脲涂层对舷侧结构抗撞性能的影响

针对某型舰船舷侧结构的抗碰撞问题,通过数值模拟的方法,开展在有、无聚脲涂层模型板架和实船在碰撞载荷作用下的结构响应研究。以某型舰船的结构尺寸为依据,实尺度建立舷侧板架有限元模型,运用瞬态动力学软件MSC.Dytran对2种模型进行数值模拟,分别获得有、无聚脲涂层舷侧板架在碰撞冲击载荷作用下的碰撞力、应力应变与损伤变形;在此基础上,对有、无聚脲涂层的实船碰撞进行数值仿真研究。结果表明:在相同工况下,有聚脲涂层结构的舰船可抵抗更强的撞击力。     

舷侧圆管式夹层板结构耐撞性能优化设计

圆管式夹层板是一种新型船舶防护结构形式,通过在单层壳舷侧填充圆管式夹层以提高船体的耐撞性能。由于舷侧夹层结构在增加船体耐撞性的同时增加了船体质量,因此需要对圆管式夹层板进行尺度优化,在确保舷侧耐撞性增强的同时,有效控制船体质量增量。以船首与船侧相撞为例,综合考虑撞深、能量吸收、极限撞击速度和质量,提出一种耐撞性优化指标。基于正交试验设计、BP(Back Propagation)神经网络和遗传算法,得出最优的夹层板尺度,并利用有限元仿真软件MSC/Dytran对船舶碰撞进行数值仿真,从而确定最优的耐撞性舷侧结构设计。结果表明,优化后的舷侧圆管式夹层板结构在提高耐撞性能的同时能较好控制船体质量增量。研究成果在夹层板舷侧结构耐撞性能优化方面具有重要的作用,也为其他新型舷侧结构耐撞性能优化设计提供了参考。     

基于夹层板的单壳船体结构耐撞性设计

减小船舶碰撞损伤提高船舶结构安全性是开展耐撞设计的主要目的。仅靠对传统结构进行优化来提高结构的耐撞性能是有限的，设计高效的吸能单元是提高结构耐撞性能的主要途径。夹层板（蜂窝式夹层板、折叠式夹层板）具有吸能好、比强度高等特性，是一种理想的能量吸收单元。基于夹层板设计出新式单壳舷侧耐撞结构形式，对其耐撞性能进行研究，并与不同耐撞结构形式进行比较。数值仿真结果证明，夹层板舷侧结构显著提高了舷侧结构的抗撞能力，是一种先进的耐撞结构形式。     

夹层板改善单舷侧散货船耐撞性能的数值模拟分析

船舶碰撞事故中船艏对船中垂直碰撞是最为危险的情形,为提高船舶的防撞性,在单层壳舷侧填充夹层(蜂窝式夹层板、圆管式夹层板、折叠式夹层板等)以提高舷侧结构的能量吸收能力。利用有限元仿真软件MSC/Dytran对改进的夹层板舷侧结构及常规舷侧结构在横向冲击载荷作用下的变形损伤、能量吸收及极限撞击速度进行对比分析。数值仿真结果表明,改进的夹层板结构显著提高了舷侧结构的耐撞能力,是一种先进的船舶防护结构形式,且圆管式夹层板结构最理想,上蒙皮为其主要吸能构件。     

某核动力平台双层舷侧结构耐撞性试验及数值分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究某核动力平台双层舷侧结构的耐撞性能。[方法]分别建立全船和局部双层舷侧结构碰撞有限元模型,利用LS-DYNA软件进行碰撞仿真分析;在此基础上,设计双层舷侧结构准静态挤压缩比试验模型,开展相应准静态挤压试验,并与数值仿真结果进行对比。[结果]结果显示,对于船舶低速碰撞,局部结构模型与全船模型计算的结构响应基本一致。设计的准静态挤压缩比试验结果与数值仿真结果吻合较好,较好地反映了低速碰撞特性和结构变形模式,验证了数值仿真方法的正确性。双层舷侧结构的核动平台在受到5 000 t级船舶以2 m/s的速度碰撞时未发生破口,具有较好的抗碰撞性能。[结论]采用局部结构模型计算碰撞响应的精度较的,可大幅减少建模和计算的工作量。研究工作对于同类结构耐撞性能分析及碰撞试验研究具有一定的参考价值。     

高硬度聚脲涂覆FRC复合结构抗冲击性能试验分析

[目的]为了分析玻璃纤维—芳纶(FRC)底材涂覆硬质聚脲的复合结构的抗冲击性能,[方法]采用口径12.7 mm的弹道枪进行破片冲击加载,得到破片的弹道极限速度,分析获得不同工况下复合结构靶板的极限比吸收能。在此基础上,结合靶板的宏观破坏形貌,讨论2种不同聚脲涂覆复合结构的抗冲击性能的优劣性,并与软质聚脲涂覆复合结构进行对比,以验证涂覆硬质聚脲复合结构的最佳抗冲击性能。[结果]研究表明,作为背弹面涂层时,软质聚脲涂覆复合结构的抗冲击性能较好;作为迎弹面涂层时,硬质聚脲涂覆复合结构的抗冲击性能较好;两种聚脲涂层作为迎弹面的复合结构抗冲击性均优于背弹面和双面复合结构。[结论]在一般工程应用防护中,选用高硬度聚脲材料作为迎弹面涂层的防护效果更好。     

基于折叠式夹层板船体结构耐撞性设计

提高船体结构的耐撞性能是开展船舶碰撞与搁浅研究的主要目的,通过船体结构耐撞设计提高船舶的安全性,对常规船体结构进行优化来提高结构耐撞性能是有限的,设计新型高效的吸能单元是提高结构耐撞性能的有效途径m折叠式夹层板具有吸能好、比强高、刚度大等特性,是一种理想的能量吸收单元.引进特种吸能单元FSP设计出一种新式耐撞结构形式,分别应用于双壳、单壳舷侧结构,对其耐撞性能进行研究.通过数值仿真计算分析,证实FSP舷侧结构显著提高了单壳、双壳舷侧结构的抗撞能力,FSP结构是一种先进的耐撞结构形式.     

一种基于内充泡沫塑料薄壁方管的单壳舷侧耐撞结构

目前的船舶耐撞研究主要集中于双层舷侧结构,并已提出了一些有意义的耐撞性设计.军用船舶一般为单壳舷侧结构,这方面的耐撞结构研究开展得很少.本文针对军船,在研究常规舷侧结构碰撞性能的基础上,提出了一种基于内充泡沫塑料薄壁方管的单壳舷侧耐撞结构--FCT(Foam Cubie Tube)舷侧结构,它具有良好的吸能特性,是一种理想的能量吸收单元.作者对某型护卫舰的常规舷侧结构形式进行FCT耐撞设计,并对常规舷侧结构、IFP舷侧结构(另一种新式耐撞结构)及FCT舷侧结构进行了有限元仿真计算.经过比较 研究,证明FCT可以显著提高舰船的侧向抗撞能力.     

传统双层舷侧结构的碰撞数值仿真研究

船舶碰撞是船体结构在很短的时间内承受巨大碰撞载荷作用的一种复杂非线性动态响应过程。应用非线性有限元数值仿真方法研究了传统双层舷侧结构在正碰状况下的碰撞性能,分析碰撞过程中舷侧结构的损伤特点和吸能特性,为研究提高舷侧结构抗撞性提供参考。     

船体典型结构局部强度考核试验模型设计

针对船体舱段模型典型结构,设计易于实际操作实施的缩比模型试验方案;通过有限元软件对板架水下爆炸响应进行分析．对比各个缩比模型在水下爆炸载荷作用下的响应规律．寻找为完成不同试验目的而设计的最佳试验方案。数值分析结果表明：纵桁和实肋板梁模型在水下爆炸作用下的动力响应可验证梁在爆炸冲击载荷作用下的理论分析方法,十字交叉梁塑性变形可验证实船板架结构中交叉梁系的结构动力响应分析方法。双层底板架结构的塑性变形可对舰船局部强度考核的理论分析提供基础,缩比模型计算结果与实船较为一致。计算结果对舰船型号研制和强度考核具有理论指导意义。     

基于过载法的船舶板架冗余度研究

针对两种损伤模式,建立基于过载法的船舶板架结构冗余度计算模型,推导板架结构连续垮塌的最大屈曲利用因子计算公式。计算了6艘CSR船舶船底、内底板、舷侧板和甲板等板架损伤态的屈曲利用因子,验证船舶板架的冗余度。     

Research on the dynamic buckling of a typical deck grillage structure subjected to in-plane impact Load

The dynamic buckling of the main deck grillage would result in the total collapse of the ship hull subjected to a far-filed underwater explosion. This dynamic buckling is mainly due to the dynamic moment of the ship hull when the ship hull experiences a sudden movement under impact load from the explosion. In order to investigate the ultimate strength of a typical deck grillage under quasi-static and dynamic in-plane compressive load, a structure model, in which the real constrained condition of the deck grillage was taken into consideration, was designed and manufactured. The quasi-static ultimate strength and damage mode of the deck grillage under in-plane compressive load was experimentally investigated. The Finite Element Method (FEM) was employed to predict the ultimate strength of the deck grillage subjected to quasi-static in-plane compressive load, and was validated by comparing the results from experimental tests and numerical simulations. In addition, the numerical simulations of dynamic buckling of the same model under in-plane impact load was performed, in which the influences of the load amplitude and the frequency of dynamic impact load, as well as the initial stress and deflection induced by wave load on the ultimate strength and failure mode were investigated. The results show that the dynamic buckling mode is quite different from the failure mode of the structure subjected to quasi-static in-plane compressive load. The displacements of deck edge in the vertical direction and the axial displacements are getting larger with the decrease of impact frequency. Besides, it is found that the dynamic buckling strength roughly linearly decreased with the increase of initial proportion of the static ultimate strength P₀. The conclusions drawn from the researches of this paper would help better designing of the ship structure under impact loads.     

国内船舶结构稳定性研究进展

综述了国内船舶结构稳定性研究现状.根据结构形式的不同,分别介绍了板格和加筋板以及板架稳定性研究成果;根据中垂时甲板板架所受压应力最大,介绍了甲板板架的稳定性研究成果;根据结构形式的特殊性,介绍了双层板架和大开口板架的稳定性研究成果;并对稳定性的可靠性分析和方法论方面的研究成果做了简单介绍.指出对大跨度、大开口、双层板架的稳定性问题需要进一步开展研究.     

板架扶强材的连续垮塌研究

建立了船舶结构板架扶强材连续垮塌的计算模型,推导船舶结构板架扶强材连续垮塌的最大屈曲利用因子公式。以某油船为例,在两种损伤模型作用下,计算出船底、内底板、舷侧板和甲板等处的屈曲利用因子,验证板架扶强材的连续垮塌。     

轮印载荷下I型夹层板架结构静强度力学性能试验研究

现代舰船的直升机起降时会通过轮胎将载荷作用于飞行甲板的板架上,这种载荷通常被称为轮印载荷。除此之外,相对于传统加筋板结构形式,I型夹层结构具有轻质、高比强度等优点,是一种可以应用于船舶飞行甲板的新型结构形式。本文针对轮印载荷局部重载和位置不确定的特点,设计了合理的试验贴片方案及加载程序,并将试验数据与理论值对比,分析误差原因,研究I型夹层板架结构的板格在四种典型位置轮印载荷作用下的静强度力学性能。试验结果表明,夹层板架结构在载荷附近测点的应力水平较大,同时其上面板沿船宽方向的弯曲应力大于沿船长方向的弯曲应力,而下面板2个方向的弯曲应力特性与上面板相反。这些结论对于I型夹层板架结构在轮印载荷下的力学性能研究具有重要意义。     

半穿甲型舰炮弹药打击舰船舷侧毁伤效果数值仿真

半穿甲型舰炮弹药在命中舰船舷侧后发生爆炸，在爆炸过程中弹丸的侵彻动能和装药产生的爆炸冲击波会对舰船舷侧结构造成毁伤。分析舰船舷侧的结构特性和弹目交会情况，采用数值仿真方法构建仿真模型，分析半穿甲型舰炮弹药在靶前炸、靶中炸、穿靶炸等工况条件下对舰船舷侧的毁伤效果。结合实尺寸舱室模型试验结果对毁伤效果进行验证，预测在实际作战时弹药起爆点位置、末端着速对舰船舷侧毁伤结果的影响。     

满足稳定性的船舶板架结构的可靠性分析

以I型截面为例，考虑屈服应力和外载荷为随机变量，并满足稳定性条件下，对板架结构进行可靠性分析。采用随机有限元法求解非线性安全余量可靠性指标及失效模式间的相关关数，为满足稳定性的板架结构的可靠性分析提供一个合理方法。最后，通过板架结构的可靠性算例，说明分析的有效性。     

碰撞/搁浅事故中船体强桁材结构损伤机理解析预报方法研究

随着航运业的快速发展,海上航行的船舶越来越多.尽管人们做了许多努力避免海上意外事故的发生,但海难事故依然不可避免.为了降低上述事故造成的损失,需要在设计阶段快速并准确地预报船舶的结构耐撞性.本文以强桁材结构为研究对象,通过开展准静态冲压试验及相应的数值仿真,分析强桁材结构在面内冲压载荷作用下的变形机理,并基于试验与仿真所得到的结构变形特点,提出强桁材面内受压时的变形模式.以此为基础,运用塑性力学理论,推导出结构变形能、瞬时结构变形抗力及平均结构变形抗力的解析预报公式,并将计算结果与试验结果进行比较验证.研究得到的结构面内受压变形能和抗力解析计算公式,可以快速评估事故载荷下结构的响应情况,包括结构变形阻力及能量耗散,具有使用方便,计算速度快,计算结果相对可靠的优点,对船体耐撞结构设计及抗撞性能评估具有一定的指导意义.     

船底板架重量的优化

本文以某一货船的底部板架作力参考板架,进行重量优化,探讨了纵桁数目、肋板数目、许用应力、纵桁位置等因素对板架最小重量的影响,对约40个板架设计作了优化计算。在文中采用了新的板架计算方法和新的非线性规划方法。计算表明,对板架的最小重量存在着最佳的纵桁数目和最佳的肋板数目,而设计应力稍加提高,有可能节省较多的重量。