舰船甲板钢质夹层结构设计

金属夹层结构在稳定性、抗爆抗冲击等方面具有良好的力学性能，在舰船领域有广阔的应用前景。为进一步研究夹层结构在轮印载荷下的应力特征，以特定单层甲板加筋板架结构为原型，设计相应的I型夹层结构作为研究对象，采用数值仿真进行分析，并通过缩比模型试验对计算结果进行验证。在此基础上，进一步研究夹层结构上下铺板厚度、芯层腹板厚度、高度和间距等参数变化对夹层结构强度和刚度的影响，提出相关建议，为舰船甲板夹层结构的设计和模型试验等提供参考。     

U型折叠式夹层板防护性能数值仿真分析

开展夹层板单元防护性能研究可为舰船防护结构设计提供指导。以某船底加筋板架为应用对象,设计出U型折叠式夹层板结构;利用MSC.Dytran对船底板架及夹层板结构在水下爆炸冲击载荷下的动态响应进行数值仿真分析,通过分析流-固耦合压力、损伤变形、速度、加速度、结构塑性吸能等性能参数,对比研究两结构的防护性能;分析夹层板在不同冲击强度下的损伤特性,面板厚度、夹芯板厚、夹芯与面板夹角、夹芯单元宽度、夹芯高度等结构参数对夹层板损伤变形、结构吸能等特性的影响。通过研究得到了U型夹层板在水下爆炸冲击载荷下的损伤特性、变形模式等,U型夹层板的防护性能明显优于传统加筋板架,夹芯层在夹层板抵抗水下冲击载荷中起到关键作用,结构参数对防护性能产生不同程度的影响。     

船用聚氨酯蜂窝板的隔声特性研究

聚氨酯作为一种优异的材料近年来被广泛应用,利用夹层板这种特殊的结构形式,基于传统船用加筋板,通过等质量原理,设计了不同开孔形式的船用聚氨酯蜂窝板,利用声学边界元的方法对其隔声性能进行有限元仿真研究。同时分析面板厚度、夹层高度和夹芯壁厚等因素对聚氨酯蜂窝板隔声性能的影响规律,结果表明六边形孔的蜂窝板隔声性能略差,其他开孔形式对蜂窝板隔声性能的影响很小,增加面板厚度、夹层高度和夹芯壁厚在一定程度上可以提高隔声性能。通过与传统船用加筋板进行隔声性能对比,得到聚氨酯蜂窝板的隔声性能比加筋板优越的特性。     

单轴压缩下金属夹层板极限承载性能分析

[目的]为实现船体结构的轻量化设计,采用金属夹层结构代替传统的加筋板结构,在保证原有结构承载性能的前提下,降低船体结构重量。[方法]针对单轴压缩作用下V型和I型金属波纹夹层板的承载性能问题,利用ABAQUS软件,对其进行屈曲分析和非线性有限元分析,并与传统加筋板结构的承载性能进行对比分析,[结果]得到了金属夹层板的承载性能与失效模式。计算结果表明,结构型式不同使得其屈曲失效模式存在差异;相同重量下,设计的I型金属波纹夹层板承载能力最强,加筋板与V型金属波纹夹层板次之。[结论]不同结构型式的轻量化减重效率有所不同,金属夹层板的轻量化规律可为其在船体结构设计中的选型与应用提供参考。     

极地邮轮甲板结构的冗余度分析

按照国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)对船舶结构冗余度的要求,基于加筋板损伤假定,提出一种邮轮甲板结构冗余度验证方法,包括邮轮甲板结构冗余度准则、损伤假定、载荷情形和非线性有限元分析等内容。采用该方法对不同上层建筑参与度下极地邮轮甲板结构的冗余度进行验算。计算结果符合法国船级社《Rules for the Classification of Steel Ships》的加筋板屈曲失效准则,邮轮甲板结构能满足冗余度要求,即“任何加筋结构构件的局部损伤(如局部永久变形、断裂或焊缝失效)不会立即导致整个加筋板格垮塌”。该研究可供邮轮的结构冗余度设计参考。     

金属夹层结构的舰船应用研究综述

  目的  为实现船体结构的轻量化设计,采用金属夹层结构代替传统的加筋板结构,在保证原有结构承载性能的前提下,降低船体结构重量。  方法  针对单轴压缩作用下V型和I型金属波纹夹层板的承载性能问题,利用ABAQUS软件,对其进行屈曲分析和非线性有限元分析,并与传统加筋板结构的承载性能进行对比分析,  结果  得到了金属夹层板的承载性能与失效模式。计算结果表明,结构型式不同使得其屈曲失效模式存在差异;相同重量下,设计的I型金属波纹夹层板承载能力最强,加筋板与V型金属波纹夹层板次之。  结论  不同结构型式的轻量化减重效率有所不同,金属夹层板的轻量化规律可为其在船体结构设计中的选型与应用提供参考。     

基于Box-Behnken响应面法的SPS烟囱结构设计优化

为实现舰船轻量化设计,且具备更优良的力学性能,采用钢聚氨酯夹层板(Steel-Polyurethane Sandwich plate,SPS)结构替代传统钢制加筋板,形成新型烟囱结构设计方案,并基于Box-Behnken响应面法开展SPS烟囱结构的优化。以烟囱结构位移和等效应力作为优化目标,结构尺寸和总重量为约束条件,建立优化模型,得到优化后的SPS烟囱结构设计方案,并采用有限元法,对优化前后的方案进行仿真计算;对优化目标进行分析对比,验证了优化结果的有效性和准确性。结果表明,优化后适用的SPS烟囱结构,在减重13.16%的情况下,位移减小19.50%,应力降低31.96%,说明采用响应面法对SPS烟囱实现多目标优化可行,且优化效果明显。     

夹芯复合材料加筋板真空和水中自由振动分析

基于1阶剪切变形理论（FSDT）和Hamilton原理,利用狄拉克函数描述加筋,推导夹芯复合材料加筋板在真空中的自由振动控制方程;进一步假设浸没于水中的夹芯复合材料加筋板为薄板,根据流固耦合面上的法向加速度连续条件,对横向自由振动方程进行重构,得到整体结构在水中的控制方程。考虑四边简支边界条件,采用双傅里叶级数求解方程,并与文献及数值结果进行对比,验证了本文方法的有效性。进一步研究了加筋位置和数量、面板厚度及芯层厚度变化对夹芯复合材料加筋板自由振动的影响,为工程实际的结构优化设计提供参考。     

近场水下爆炸作用下金属夹芯结构的动响应分析

金属夹芯结构具有质量轻、吸能良好和抗冲击等优点,被广泛用于船体板架设计。在金属夹芯结构形状设计方面,不同形状的金属夹芯结构的抗冲击性能有着很大的差异。针对三种不同的金属夹芯形状,采用有限元软件ABAQUS,模拟三种金属夹芯结构的抗冲击性能。通过对比三种形状的夹芯面板中心位移以及速度的变化规律,发现对于质量相同的夹芯结构,三边形夹芯结构具有更强的抗冲击性能。另外,研究不同金属夹芯结构能量时历曲线,得出六边形夹芯结构在吸能效果方面最好。     

大跨度加筋板架优化设计研究

在大跨度双层甲板设计中,横向舱壁起到了代替强横梁支撑甲板板架的作用,相比于单层甲板设计可以减小主要构件的腹板高度。本文将横向舱壁简化为两端简支的大跨度加筋板架,使用有限元方法研究其在均布载荷作用下的响应。分析了板厚、扶强材尺寸和间距对结构强度和稳定性的影响,并讨论了以结构重量最小为目标的优化设计方法。     

Design method for steel deck plates under quasi-static patch loads with allowable plastic deformations

Plastic deformation of plates in steel deck structures under heavy vehicle or helicopter wheel loads is common in ships and offshore structures, and is therefore of significant interest to designers of ro-ro/cargo ships, helicopter-carrying ships and offshore platforms. To provide insight into the plastic deformation of plates, the nonlinear elasto-plastic response of stiffened steel plates loaded quasi-statically by a central rigid rectangular indenter is investigated both experimentally and numerically. The numerically-determined stiffened plate permanent deflections compare well with those obtained experimentally. The concept of applying the elasto-plastic method to the design of deck plates under wheel patch loads is introduced, and the design principle of wheel patch loaded plating is studied together with the design criteria. A simple design formula to determine plating thickness is proposed based on an acceptable level of permanent set. Ship-mounted helideck plating design cases are given to illustrate the elasto-plastic method, and comparisons are made between the thicknesses derived using the proposed design formula and those found from Lloyd's Register (LR), Bureau Veritas (BV) and DNV-GL rule requirements.     

破片侵彻作用下的波纹夹层板横舱壁结构响应分析

主流大型舰船的横舱壁结构以加筋板型式为主,但加筋板受制于其单层结构特点,较难提出新的设计.设计一种波纹夹层板,将其应用于大型舰船的横舱壁结构.采用有限元软件建立简化数值模型,研究在高速破片侵彻作用下的波纹夹层板横舱壁结构动态响应和破坏机理,并与传统单层加筋板横舱壁结构进行比较.结果 表明,应用波纹夹层板,横舱壁结构的抗...     

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。     

加筋薄板简化方式对船体总振动影响的研究

以单向加筋板为主要研究对象,结合正交异性板理论和等效板厚理论提出了适用于振动分析的等效厚度正交异性板简化方法,并与常用的简化方法进行了比较。推导了3种简化方法下的加筋板固有频率的解析公式,并计算了四边简支单向加筋板固有频率。结果表明：本文提出的简化方法在求取单向加筋板低阶固有频率时计算结果与有限元结果前五阶误差在15%以内。文中应用该简化方法计算了一船体梁的固有频率,通过对船体梁甲板的加强筋结构进行简化,将模型总单元数降至原模型的27.6%,采用本文方法计算得到的船体梁垂向前三阶和扭转一阶振动频率优于传统的正交异性板简化方法,较原模型偏差在2.2%以内。说明等效厚度正交异性板简化方法在特定工程领域是可用的,且此法相较之前的方法有一定程度的改进,对相关研究和工程计算具有一定参考价值。     

船舶加筋板轻量化设计研究

加筋板作为船舶中的基本结构单元,对其进行合理地轻量化设计研究并推广到全船可有效减少钢材消耗,降低制造成本。采用有限元软件,对加筋板的力学特性和振动特性进行分析,结合拓扑优化和尺寸优化方法,开展加筋板结构轻量化与振动的协同设计。根据优化结果重新设计梯形式的加强筋结构,并对比分析新型板材特性变化情况,验证优化结果的有效性,并讨论梯形加强筋底角大小对板材特性的影响。最终在保证其适用性的前提下,实现了加筋板减重19.2%。     

砰击载荷下轻质波纹夹芯夹层板动力响应特性分析

文章对轻质波纹夹芯夹层板(Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates,LWCCSP)在不同入水速度下(1-6 m/s)的流-固耦合非线性动力学行为进行了分析。建立了气—液—固三相数值模型,通过显式动力求解获得了轻质波纹夹芯夹层板砰击压力的分布特点及结构变形规律,并与同等质量的加筋板在流固砰击下的非线性力学行为进行了对比,并研究了轻质波纹夹芯夹层板主要设计参数对其砰击响应的影响。研究结果表明,轻质波纹夹芯夹层板较同等质量的加筋板表现出更好的抗砰击性能;下面板厚度、芯层厚度的增加在一定范围内可以有效提高轻质波纹夹芯夹层板的抗砰击性能。     

基于不同模型的正交加筋板低频振动和声辐射分析

正交加筋薄板在船舶结构中应用十分广泛。从简化加筋板模型的角度出发,基于李兹法能量泛函变分原理推导加筋板的能量求解;并针对双向加筋板基于正交异性板理论和相当板厚理论提出2种简化方法,对3种模型模拟的加筋板推导其固有频率的解析公式。计算表明：3种正交加筋板模型在求取低阶固有频率时均具有良好的精度。在此基础上研究了基于3种模型的加筋板在空气中和水中的声辐射特性,为加筋板组合结构的振动和低频声辐射问题提出了新的简化思路。     

潜艇外部耐压液舱结构优化设计

提出了一种优良实用的准同心圆式潜艇外部耐压舱结构型式,并给出了这种结构基于近似解析法和基于有限元应力分析的结构优化设计方法。曲型实例表明,准确同心圆式结构优化设计方案优于传统结构设计方案。     

方形蜂窝夹芯夹层板弯曲问题的新解法

文章针对方形夹芯夹层板弯曲问题提出了一种新的解法。所提方法未采用传统的芯层均匀等效做法,而直接对其离散的模型进行分析,考虑芯层的离散特性,将离散芯层和上下面板结合起来,运用能量原理建立方形蜂窝夹芯夹层板统一的弯曲控制方程。假设夹层板位移为双傅立叶级数形式,采用伽辽金法求解。对固支和简支矩形方形蜂窝夹芯夹层板数值仿真结果表明,文中方法得到的结果与有限元数值解吻合良好。该方法为有效、快捷地分析夹层板的力学性能提供了新的方法和途径。