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。     

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.     

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。     

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。     

激光焊接夹层板结构设计程序开发

基于U-I型、U-IV型、V-I型、V-IV型4种夹层板结构形式,利用PCL(Patran Command Language)语言对MSC.Patran进行二次开发,设计开发出折叠式夹层板结构设计程序(FEA-LASCOR)。该程序仅需设计者在用户界面简单操作即能够实现夹层板板格快速建模、屈服强度分析、结果处理等功能。验算分析表明FEALASCOR程序具有与传统数值仿真分析一样的精度,并缩短了繁琐的建模工作,显著提高设计分析效率,为夹层板船体结构设计高效、快捷的分析工具。     

基于铝质夹层板的上层建筑轻量化设计

铝质夹层板主要在豪华邮轮和快速艇上进行应用,为扩大铝质夹层板的应用范围,以常规民船上层建筑为研究对象,对该上层建筑局部结构进行轻量化替代设计。根据夹层板结构特点确定结构型式和相应连接结构型式。并利用有限元软件ABAQUS比较分析替代设计前后该上层建筑的力学性能。计算结果表明铝质夹层板上层建筑能有效减轻结构,并且具有更优的力学性能,这为后续铝质夹层板的推广应用提供了参考。     

基于全耦合分析技术的折叠式夹层板船体结构碰撞性能研究

船舶碰撞事故往往会带来灾难性的后果,船舶碰撞性能以及耐撞结构设计方面的研究一直受到国内外学者的重视。本文基于全耦合数值仿真分析技术,以一多用途船舷侧结构为研究对象,设计出两种夹层板新式抗冲击舷侧结构,并对原结构和新式结构的碰撞性能进行比较。研究结果表明,新式舷侧结构发生损伤变形的区域较大,参与抵抗撞击的构件增多,损伤变形程度有所降低,且在总重量相当的条件下总吸能有大幅提高,可以有效缓解高能碰撞对结构的危害。     

钢质夹层桥梁防护装置的耐撞性能研究

通过对桥梁防护装置研究,提出四棱柱式与双折叠式夹层板桥梁防护装置,采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元对其耐撞性能进行数值仿真,探讨两种夹层板防护装置的尺寸参数对其性能的影响.研究结果表明：经结构优化后四棱柱式夹层板的耐撞性能优于双折叠式;分别用两种夹层板替换传统钢质箱式防护装置的外围板,两种夹层板式防护装置的耐撞性能均优于传统钢质防护装置,而四棱柱式防护装置的性能最佳.     

四边形蜂窝夹层板声学结构优化设计研究

论文以某舰船的双层底板架单元为基础,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36种不同尺寸的四边形蜂窝夹层板模型,利用仿真算法进行声学性能分析,得出以下结论:随着夹层单元边长的变化,声辐射功率级先增高后降低,存在着一个最大值;夹层比例的增大使声辐射功率级有所降低,但会引起更多的共振峰。该研究对四边形蜂窝夹层板的声学优化设计具有一定的参考价值。     

基于BP-SSA算法的夹层板结构抗爆性能优化方法

设计具有优良抗爆性能的夹层板结构对提高船舶生命力具有重要意义。本文提出一种基于神经网络与麻雀搜索算法相结合的优化方法（BP-SSA）,以提高结构的抗爆性能为主要目标,对波形夹层板结构进行优化设计。通过正交试验设计建立样本点矩阵,在此基础上,利用神经网络建立设计变量与结构响应值之间的响应面模型,最后采用麻雀搜索算法对响应面模型进行多目标优化分析,得到波形夹层板结构的抗爆性能优化方案。优化后的结构抗爆性能比原结构提升了31.8%,且神经网络的预测值与有限元仿真结构一致性较好。因此,该方法在提高夹层板结构的抗爆性能的同时还减轻了结构重量,能够为工程设计提供参考。     

基于夹层板抗水下爆炸舰船底部结构设计

水面舰船抗水下爆炸的性能是舰船生命力的重要方面,一直受到各国海军的重视;金属基夹层板在航空航天、汽车等轻型交通运输系统中得到广泛应用。本文以某型水面舰船为研究,设计出夹层板舰船底部结构,采用三舱段模型技术,利用MSC.Dytran仿真分析结构在典型工况水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应,比较分析流-固耦合力、结构变形、速度、加速度、吸能等。结果表明,夹层板应用于舰船底部结构减小了结构位移,增加了结构的吸能,显著改善了结构的冲击环境,夹层板舰船底部结构具有优良的防护性能;夹芯层在结构抵抗水下爆炸冲击波载荷过程中起到重要作用。     

激光焊接夹层甲板板格强度计算的子模型方法

提出了基于有限元软件ANSYS的激光焊接钢质夹层甲板板格结构强度计算的子模型方法。分别对考虑激光焊接焊缝缺陷的I型夹层板格结构的壳单元计算模型和体单元子模型进行强度分析,并与全部体单元模型的芯层与上下面板连接处及面板中部处应力分布计算结果进行对比,验证壳单元计算模型和子模型方法用于计算夹层甲板板格强度的正确性。计算结果表明,对强度特征关注区域,可建立多个体单元子模型,确定子模型边界影响区域范围,从而可较为准确地评估夹层甲板板格结构强度特性,包括焊缝处应力分布。壳单元计算模型可获得较为精确的板格变形值,但无法考虑激光焊接焊缝缺陷,获得的焊缝处最大应力值明显偏小。     

折叠V型夹层板舷侧结构的耐撞性能优化设计

基于传统加筋形式的船舶舷侧结构,提出一种新式折叠V型夹层板舷侧结构,针对其复杂的耐撞性优化问题,分别利用GA-BP-GA方法和直观分析法对其开展耐撞性能优化设计,并验证了GA-BP-GA方法的可行性与准确性。结果表明:经遗传算法优化后的BP神经网络具有较优的训练精度和泛化能力;与原设计相比,GA-BPGA最优设计的耐撞性能提高了21.0%,高于正交最优设计的16.5%和直观优化的6.3%;GA-BP-GA最优设计关于耐撞性指标的预测值与有限元仿真值之间的相对误差均小于3.5%,具有较高的可信度。     

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。     

舱室内爆载荷作用下夹层板优化设计研究

舱室内战斗部爆炸产生的冲击波是舱室结构板架承受的主要载荷之一,舱室内爆冲击波在舱室内部将发生多次反射,并在舱室内部形成持续时间较长的准静态压力,在此过程中舱室板架承受多次冲击波反射载荷。本文以舱室典型加筋板为对象进行夹层板概念设计,选取面板厚度、背板厚度、夹芯壁厚及夹芯间距4个参数作为试验参数,以抗爆综合评价指标最小为目标,采用正交试验优化设计方法得到该加筋板结构在舱室内爆冲击波载荷作用下最优抗爆性能的夹层板结构,并对比最优夹层板与普通加筋板在舱室内爆载荷作用下的响应特征。研究表明,经过优化设计后的夹层板具有更好抵抗冲击波载荷的能力,正交试验设计能较好适用于夹层板结构优化设计。     

舱室内爆载荷作用下夹层板优化设计研究

舱室内战斗部爆炸产生的冲击波是舱室结构板架承受的主要载荷之一,舱室内爆冲击波在舱室内部将发生多次反射,并在舱室内部形成持续时间较长的准静态压力,在此过程中舱室板架承受多次冲击波反射载荷。本文以舱室典型加筋板为对象进行夹层板概念设计,选取面板厚度、背板厚度、夹芯壁厚及夹芯间距4个参数作为试验参数,以抗爆综合评价指标最小为目标,采用正交试验优化设计方法得到该加筋板结构在舱室内爆冲击波载荷作用下最优抗爆性能的夹层板结构,并对比最优夹层板与普通加筋板在舱室内爆载荷作用下的响应特征。研究表明,经过优化设计后的夹层板具有更好抵抗冲击波载荷的能力,正交试验设计能较好适用于夹层板结构优化设计。