深水静压下混杂夹芯复合结构形变及强度特性北大核心CSCD

针对混杂夹芯复合结构的典型结构和承载受力特征,以某水下平台附体结构为背景展开研究。首先,设计试验模型并进行耐压承载特性试验。然后,用Abaqus建立有限元分析模型,将仿真计算与试验结果进行对比,验证仿真分析的有效性,并在此基础上进一步探讨深水静压载荷作用下该结构各主要组成构件的变形及应力分布特征规律。最后,以钢质框架与表层蒙皮相交应力集中区域的细节设计问题为对象,综合评价了2种T型连接设计方案的合理性与可行性。结果显示,芯材弹性模量在4-8 GPa时可以避免蒙皮和芯材出现严重的应力集中,可为该类结构的后续工程设计提供参考。     

填充芯材的双层加筋板振动特性研究

为了研究填充芯材对双层加筋板振动特性的影响,设计制作一个填充聚氨酯芯材的双层加筋板模型,同时制作一个未填充芯材的双层加筋板作为对照。对2个模型进行振动试验,研究填充芯材对该结构振动特性的影响,并与有限元仿真结果进行对比分析。结果表明：两类加筋板前4阶固有频率和均方振速曲线与有限元仿真结果一致性较高,说明了有限元方法的准确性。填充芯材之后,结构固有频率有一定程度上的降低,对应模态振型未发生明显变化。从减振效果来看,填充芯材之后,均方振速总级大幅下降,说明该复合材料结构具有良好的减振效果。在验证有限元方法的准确性后,还通过仿真手段研究了填充芯材对该结构振动特性影响的主要因素。     

静水压力下复合材料夹层圆柱壳承载特性分析

本文基于有限元软件Abaqus,采用三维内聚力单元模拟蒙皮与芯层界面,建立静水压力载荷下复合材料夹层圆柱壳极限承载能力预报方法,数值计算与试验结果吻合较好,验证数值模型和计算方法的准确可行性。进而,研究了浮体/吸声混合芯材夹层复合材料圆柱壳芯层模量对承载特性的影响,并基于Isight与Abaqus集成运算,以提高临界失稳载荷为优化目标,对深水静压作用下的复合材料夹层圆柱壳表层缠绕方式进行优化设计,得到最优表层缠绕角度。研究结果对复合材料夹层圆柱壳的水下应用与研究有一定参考价值和指导作用。     

轻质夹层结构复合材料的制备及性能

为减轻以往夹层结构复合材料的密度,采用高强玻璃钢材料作为表层、多种空心玻璃微珠填充聚氨酯改性环氧树脂合成的轻质吸声材料作为芯材,制备了一种新型的轻质夹层结构复合材料,对夹层复合材料的制备工艺进行设计,并研究其水声性能和力学性能。结果证明,以南京玻纤院的S2高强织物采用真空成型合成的玻璃钢作为表层材料和轻质聚氨酯改性环氧树脂材料作为芯材来制作的夹层结构复合材料具有重量轻、水声性能和力学性能优良的特点,在降低夹层结构复合材料重量的同时,具有良好的声隐身性能和承载性能,更有利于工程应用。     

深水环境下粘弹性复合材料夹层结构蠕变特性研究

文章结合单轴压缩蠕变试验和粘弹性材料广义Maxwell建模理论得到吸声和浮体两种粘弹性填充材料的松弛模量Prony级数系数,开展了深水环境下粘弹性复合材料夹层结构蠕变特性试验,并将之与仿真研究结果进行对比,得到如下结论：复合材料夹层结构长时蠕变初期,芯材蠕变较表层复合材料占主导地位;随着时间增加,表层复合材料基体的粘弹性特性所表现出的蠕变和松弛现象交织出现,表层应变出现波动;芯材蠕变对复合材料夹层结构长时蠕变变形的贡献约为60%。     

一体化复合材料上层建筑结构设计优化

先进复合材料因其具有高的比强度和比刚度而在工程结构中被广泛应用。对于大型船舶的轻型上层建筑结构来说,不仅能降低整船重量还能提高船舶的稳性。论文采用有限元方法,结合参数化建模,用蒙皮厚度、芯材厚度等6个变量作为设计变量开展优化设计,并用一阶方法搜寻最优解。与钢制上层建筑相比,在不考虑连接件的情况下复合材料上层建筑能达到减重30%的目标。用扫描法考察设计变量的变化对结构总体性能的影响,给出各设计变量优化时的优先级,为大尺度复合材料上层建筑初步设计提供参考。     

复合材料发射筒水锤载荷数值模拟与试验验证

本文使用有限元数值仿真方法对某型复合材料发射筒进行水锤动态载荷下结构强度、刚度研究。研究结果表明,主体段采用复合材料,上、下法兰采用铝合金的结构方案,能够满足承载要求。开展部段样机的承载试验,与样机的仿真结果吻合,验证设计结果的正确性,为碳纤维复合材料筒设计提供支撑。     

调距桨桨叶连接螺栓过渡圆角光弹性试验研究

苛刻的空间尺寸要求和严酷的使用环境使得调距桨桨叶连接螺栓设计极为重要,为研究连接螺栓螺帽螺杆圆角过渡区域因截面形状突变存在的应力集中情况和应力分布规律,以某型调距桨桨叶连接螺栓联接组件作为试验模型,采用光弹性试验方法测得其应力分布和应力集中系数,并与有限元仿真分析结果进行了对比验证,为桨叶连接螺栓组件结构设计及其优化提供重要支撑。     

静压作用下夹芯复合材料圆柱壳失效模式的有限元分析

基于有限元计算软件ABAQUS,对静水压力作用下夹芯复合材料圆柱壳的失效模式进行研究。首先,采用ABAQUS的材料库和单元库,建立高效、精确的夹芯复合材料圆柱壳的仿真计算方法;进而,基于TSAIW理论、Hashin理论和第四强度理论,分别建立表层材料和芯材的强度失效判据;最后,分析跨度/半径比、表层/芯材厚度比、内/外表层厚度比以及铺层角度等因素对圆柱壳失效模式的影响规律,可为夹芯复合材料圆柱壳的结构优化设计提供依据。     

圆弧螺纹连接强度研究

应用于预应力风机基础的圆弧螺纹相比普通螺纹,能有效降低应力集中,避免高强度材料在加工螺纹后易出现的低应力脆断现象。文章以第七一三研究所研制的MGA系列圆弧螺纹为例,针对锚杆和螺母组成的连接副,选择不同的公差配合组合,分别采用仿真计算和试验验证的方法,研究圆弧螺纹的承载特性和连接强度,为圆弧螺纹公差设计和生产制造提供技术支撑。     

船用夹芯复合材料典型节点疲劳性能试验研究

针对船用L型复合材料典型节点的损伤失效问题,进行了极限强度和疲劳性能的试验研究。分析不同载荷下夹芯板连接节点的疲劳寿命及破坏模式,揭示接头处裂缝的产生和发展的过程。试验结果表明:夹芯复合材料节点疲劳寿命和刚度随着载荷水平的增加呈下降趋势,疲劳断口处呈现蒙皮与泡沫夹芯脱粘以及蒙皮分层和纤维断裂的现象,且节点疲劳寿命具有较大的离散性。     

球柱组合壳耐压船体结构静水压力试验研究

球柱组合壳结构在船舶与海洋工程领域应用广泛,为考察球柱组合壳结构的力学性能,设计制作了球柱组合壳模型进行静水压力试验,测量其应力。通过对球柱组合壳结构的应力分布规律的研究,得到了球柱组合壳结构的应力与外压力的关系,并验证了球柱组合壳结构的连接处存在应力集中现象,利用试验数据得到了应力集中系数为1.4。     

船用玻璃钢/复合材料夹层结构中的泡沫芯材

回顾了船用玻璃钢 /复合材料夹层结构泡沫芯材的历史 ,介绍了夹层结构的工作原理及优点 ,泡沫芯材的性能 ,泡沫芯材的加工以及使用 ,泡沫芯材与巴萨木和蜂窝之间的对比。     

弯曲载荷下骨材贯穿孔孔边应力分布模型试验

考虑到疲劳裂纹主要发生在船舶结构高应力区域,骨材开孔会造成孔边应力集中从而造成疲劳破坏,影响船体结构的安全性,以船舶双层底结构为研究对象,开展模型试验对船舶双层底结构在典型弯曲载荷情况下的骨材开孔孔边应力分布情况进行研究,分析弯曲载荷下不同开孔形状以及不同补强结构对孔边应力分布的影响。试验结果与有限元仿真结果对比表明,二者具有相同的规律和趋势,证明用数值仿真的方法分析骨材开槽孔孔边应力集中问题是可行的。     

中高速弹体侵彻下泡沫铝夹芯结构抗侵彻性能实验研究

为研究泡沫铝夹芯结构各组成部分在中、高速弹体侵彻下的抗侵彻性能及破坏机理,分别开展泡沫铝芯材(I)、前面板与芯材(II)、芯材与后面板(III)以及泡沫铝夹芯结构(IV)4种靶板在中、高速弹体侵彻下的弹道冲击试验。分析夹芯结构的破坏模式、侵彻过程和抗弹性能。结果表明:在中、高速弹体侵彻下,泡沫铝芯材发生了胞壁的绝热剪切和撕裂破坏,存在前面板的泡沫铝芯材还发生了胞壁压实坍塌;前面板发生绝热剪切破坏,弹速较低时,弹孔周围将产生明显的碟形弯曲变形,板厚较大、弹速较高时弹孔边缘存在开坑唇边;后面板发生了局部碟形弯曲-贯穿破坏,板厚较小时,后面板还产生了花瓣开裂。泡沫铝芯材吸能较小,泡沫铝和面板组成的夹芯结构吸能明显提高。面板的存在提高了靶板的抗弹性能,前面板对靶板的抗弹性能影响大于后面板的影响。同一种形式的靶板在高速弹体侵彻下的抗弹性能明显优于中速弹体侵彻下的抗弹性能。     

正交加筋复合材料夹层板弯曲问题求解

正交加筋均质芯材基于一阶剪切变形理论,并采用δ函数描述其非连续性,复合材料面板采用Kirchhoff薄板假设,以面板面内位移和结构整体横向位移为响应函数,通过能量原理推导了正交加筋芯材复合材料夹层板的静力学平衡方程。考虑四边简支边界条件,采用双傅立叶级数位移函数求解了正交各向异性复合材料面板正交加筋均质芯材夹层板受均布载荷作用的弯曲响应,通过将夹层板的位移和应力响应与有限元计算结果进行对比,验证了文中求解方法的正确性。     

复合材料桅杆应力分布特性及其极限载荷研究

船用复合材料桅杆采用新颖的八边形筒形结构,复合材料夹层板对于桅杆来说也是一种创新探索,对其应力分布特性和极限载荷的研究具有实际意义。通过力学分析,给出了桅杆在真实环境中所受到的三种载荷具体形式,并采用流体动力学方法,模拟出三种载荷共同作用下复合材料结构的受力响应情况,由此得到其应力分布规律。再通过大量计算得到不同蒙皮和芯材厚度下胶层应力随风速变化曲线,由此得到该种复合材料夹层结构在常用厚度范围内的极限载荷统计规律,以供参考。     

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。     

夹芯复合材料螺旋桨性能流固耦合数值研究

与传统层合复合材料结构相比,夹芯复合材料结构轻质、高强,结构可设计性强,可实现多材料和多功能的一体化集成。本文基于螺旋桨结构水动力边界条件,以INSEAN E779A螺旋桨为研究对象,采用双向流固耦合仿真方法研究夹芯结构螺旋桨的水动力性能和结构响应特性,并与金属材料螺旋桨、传统层合结构螺旋桨进行对比,分析不同夹芯构型与螺旋桨水动力性能的关联性。结果表明:在中高进速系数条件下,螺旋桨结构形式对推进效率的影响较大,夹芯复合材料螺旋桨在实现轻量化的同时,其推进效率要优于同工况下的层合复合材料螺旋桨与金属螺旋桨;在中低进速系数条件下,夹芯复合材料螺旋桨的水动力性能与夹芯构型有着重要联系,随着夹芯体积比的减小,整体质量变大但推进效率得到一定提升。     

中高速弹体侵彻下泡沫铝夹芯结构抗侵彻性能实验研究

为研究泡沫铝夹芯结构各组成部分在中、高速弹体侵彻下的抗侵彻性能及破坏机理,分别开展泡沫铝芯材(I)、前面板与芯材(II)、芯材与后面板(III)以及泡沫铝夹芯结构(IV)4种靶板在中、高速弹体侵彻下的弹道冲击试验.分析夹芯结构的破坏模式、侵彻过程和抗弹性能.结果表明:在中、高速弹体侵彻下,泡沫铝芯材发生了胞壁的绝热剪切和撕裂破坏,存在前面板的泡沫铝芯材还发生了胞壁压实坍塌;前面板发生绝热剪切破坏,弹速较低时,弹孔周围将产生明显的碟形弯曲变形,板厚较大、弹速较高时弹孔边缘存在开坑唇边;后面板发生了局部碟形弯曲-贯穿破坏,板厚较小时,后面板还产生了花瓣开裂.泡沫铝芯材吸能较小,泡沫铝和面板组成的夹芯结构吸能明显提高.面板的存在提高了靶板的抗弹性能,前面板对靶板的抗弹性能影响大于后面板的影响.同一种形式的靶板在高速弹体侵彻下的抗弹性能明显优于中速弹体侵彻下的抗弹性能.