四边形蜂窝夹层板的优化设计分析

夹层板结构是近代发展起来的一种比较先进的结构形式,具有比强度高、比刚度大等特点。以某舰船中部双层船底一个纵桁和肋板间距的船底板架单元为基础,在保证夹层板总质量、主尺寸与原板架相同的前提下,建立一系列夹层质量不同的四边形蜂窝夹层板模型。利用仿真算法,从结构损伤、能量吸收的角度分析其抗爆与抗冲击性能。对四边形蜂窝夹层板进行优化分析,得到一种优化模型。     

蜂窝夹层板的优化设计分析

夹层板结构是近代发展起来的一种比较先进的结构形式,具有比强度高、比刚度大等特点。为优化夹层板的抗冲击性能,以某船底部板架单元为基础,在保证夹层板总质量和主尺寸与原板架相同的前提下,建立4组六棱柱蜂窝夹层板模型,其中每组夹层板的夹层质量各不相同。首先利用有限元软件ABAQUS模拟夹层板在冲击波载荷作用下的响应,对比夹层板的结构损伤并筛选出每组中结构损伤最小的夹层板板型,然后从能量吸收的角度分析夹层板的抗爆抗冲击性能,得到一种优化的夹层板模型。     

V型夹层板声学结构优化设计研究

基于有限元方法对V型夹层板结构的水下声辐射性能进行了数值模拟研究。在保证结构质量不变的前提下,改变夹芯层单元尺寸,进行声学性能分析,寻找最优尺寸,得出如下结论:在低频段,V型夹层板的辐射声压随单元边长的增加而增加,随单元厚度的增加先减小再增大;在高频段,结构的辐射声压随边长和厚度的增大都减小;单元角度的变化对V型夹层板水下声辐射影响不大,但从整个频段上来说,存在一个最优的夹角使其声学性能最好。该研究对V型夹层板的声学优化设计具有一定的参考价值。     

蜂窝式夹层板结构单元的防护性能分析

基于某舰船的船底板架,设计出了四边形蜂窝夹层板结构单元,比较分析了船底板架、等效平板、夹层板在典型工况(炸药量500 kg,爆距15 m)水下爆炸冲击波载荷作用下的损伤变形、结构位移、吸能及运动响应,同时对比分析不同冲击因子下3种结构的防护性能。分析表明,夹层板在水下冲击波作用下的最大变形是船底板架的2/3~1/3处,一定程度上改善了冲击环境,具有优越的防护性能。     

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。     

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。     

不同形状质量块的声学超材料结构隔声特性研究

随着对舰船声隐身性能要求的不断提高,舰船隔声材料不仅要轻质还应具有优良的隔声性能。夹层板结构具有轻质,且在高频段具有良好的隔声性能,但其在中低频段隔声性能不是很理想。薄膜型声学超材料结构具有良好的低频带隔声性能,因此本文将薄膜型声学超材料引入传统蜂窝夹层板结构中,设计新的超材料蜂窝夹层板结构。通过数值方法对不同形状质量块超材料结构的隔声特性进行分析,并探讨蜂窝边框形状、质量块大小以及薄膜预应力对米字形质量块超材料结构隔声特性的影响。     

不同形状质量块的声学超材料结构隔声特性研究

随着对舰船声隐身性能要求的不断提高,舰船隔声材料不仅要轻质还应具有优良的隔声性能。夹层板结构具有轻质,且在高频段具有良好的隔声性能,但其在中低频段隔声性能不是很理想。薄膜型声学超材料结构具有良好的低频带隔声性能,因此本文将薄膜型声学超材料引入传统蜂窝夹层板结构中,设计新的超材料蜂窝夹层板结构。通过数值方法对不同形状质量块超材料结构的隔声特性进行分析,并探讨蜂窝边框形状、质量块大小以及薄膜预应力对米字形质量块超材料结构隔声特性的影响。     

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.     

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。     

声学黑洞加筋板结构的声振特性分析

基于声学黑洞与加强筋这两种结构设计出声学黑洞加筋板,通过建立声学黑洞加筋板、加强筋的有限元模型,对两种结构的声辐射特性、振动能量分布与传递特性开展研究。仿真结果表明：在高于截止频率时声学黑洞加筋板的辐射声功率级比普通加筋板降低8～20 dB,由于敷设的局部阻尼使聚集在声学黑洞区域的振动能得到有效的耗散,因此其振动水平下降明显且与声场耦合变弱;通过分析振动能量分布特性验证了声学黑洞加筋板结构大部分动能聚集在声学黑洞区域,减弱整体结构的振动水平;振动传递特性揭示了声学黑洞加筋板受声学黑洞聚能与加强筋阻振的叠加效应,相比于普通加筋板,声学黑洞加筋板具有更优的减振降噪性能。     

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。     

冲击载荷作用下方形蜂窝夹层板塑性动力响应分析

将冲击载荷作用下夹层板的响应分为三个阶段,利用能量守恒和刚塑性材料模型,对矩形的方形蜂窝夹层板在冲击载荷作用下塑性动力响应进行了理论分析,推导出四边固支的方形蜂窝夹层板在冲击载荷作用下最终残余变形的近似计算公式.并与有限元仿真结果进行了比较,两者吻合良好,验证了文中方法的正确性.该方法对方形蜂窝夹层板设计和优化具有较好的参考价值.     

夹层板面内连接结构力学性能数值仿真分析

夹层板连接结构始终制约着夹层板在船体结构中的大规模应用。为推进夹层板连接结构的研究设计,以夹层板面内连接结构为研究对象,研究面内连接结构屈服强度、稳定性、极限强度分析的力学模型,然后从建模方式、单元类型、网格尺寸、加载速率、初始缺陷等多个方面研究面内连接结构力学性能数值仿真分析技术。通过研究确定:采用Shell-Shell-Contact建模方式,可以提高计算效率和计算精度;网格尺寸的选取应以计算资源作为主要考虑因素;可采用小尺寸板条模型研究极限强度,加载时间为5~10 T(T为结构固有周期)范围内可提高计算效率和计算精度;施加5%板壳厚度的初始缺陷,可在极限抗压能力分析时引导结构进入一阶屈曲模态。     

采用U型夹层板的船舶上层建筑设计及抗爆性能分析

由于结构抗爆性能的要求越来越高,传统的加筋板结构不能使船舶结构性能得到明显的提高,因此以典型船舶上层建筑为分析对象,针对上层建筑前端壁结构开展轻量化设计,利用U型夹层板代替普通加筋板,同时开展有限元数值仿真分析,讨论U型夹层板的抗爆性能。结果表明,爆炸载荷作用下,由U型夹层板构成的上层建筑前端壁结构在延伸区域的变形相对较小,主要变形位置由板架中部转移到板架顶部,吸能情况也得到改善。U型夹层板结构提高了舱室内部人员与设备的安全性,表现出优良的抗爆性能,将其应用于船舶上层建筑,对降低船舶重心、提高结构性能具有重要意义。     

夹层结构模型假设对振动和声传输特性影响研究

不同模型假定下夹层结构的声振特性各不相同。基于Reissner模型和Zig-Zag模型位移场假设,分别建立了两种复合材料夹层板有限元动力单元模型,并通过推导的模型编制了计算程序,采用子空间迭代法求得了其固有频率和固有振型,采用混响声场声传输理论计算了传声损失,并对夹层板的动力特性和声传输特性进行了数值模拟研究,同时还考虑了夹层结构面板与芯板的厚度比和弹性模量比不同时各种模型的适用范围。     

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。     

舰船管路阀组单元振动特性分析及结构参数优化研究

管路阀组单元是舰船管路系统中的重要组成部分,阀组的振动通过阀组架传递到船体,从而引起船体的振动与噪声,对阀组结构进行优化以减小传递到船体的振动,对舰船振动与噪声控制具有重要意义。利用有限元软件ANSYS建立阀组单元的有限元模型,对阀组单元进行振动响应分析,得到阀组单元在垂直和水平载荷激励下的加速度振动特性。通过分析阀组架的阀架臂长、布置间距和阀架角钢尺寸等结构参数对振动的影响,对这些参数进行组合设计并优选结构参数,提出优化方案,使得阀组单元的声振特性得到了有效改善,传递到船体的振动加速度降低了10 dB。