基于半解析法的功能梯度圆锥板自由振动特性

本文基于半解析法分析了一般边界条件下功能梯度开口圆锥板的自由振动特性.首先基于一阶剪切变形理论构建了理论分析模型,并以不同类型弹簧模拟圆锥板结构的边界和连续性条件,圆锥板结构的位移容许函数采用改进的傅里叶级数以消除边界条件的不连续性,并通过里兹法获得功能梯度圆锥板结构的自由振动模态参数.研究表明,本文方法具有良好的收敛性,求解精度较高.研究成果可为一般边界条件下功能梯度圆锥板结构的自由振动特性分析提供数据积累和方法依据.     

功能梯度材料圆柱壳的振动特性研究

研究了具有指数型体积分数的功能梯度材料圆柱壳自由振动的固有频率.根据Love薄壳理论,确定功能梯度材料圆柱壳的内力、位移、应变和曲率的关系式;利用Rayleigh-Ritz方法建立了功能梯度材料圆柱壳自由振动固有频率的特征方程,推导出一端固定一端自由、两端简支两种基本边界条件下的周有频率参数表达式.最后通过两类材料组分的算例,分析了材料组分、体积分数、边界条件以及几何尺寸等因素对功能梯度材料圆柱壳的固有频率的影响.研究表明,构成功能梯度材料的材料组分对FG圆柱壳的频率特征有着明显的影响,体积分数所产生的影响则相对有限;而不同边界条件对FG圆柱壳固有频率的影响主要表现在壳体长度与半径比较小和周向波数较小的情况下.     

斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构声学设计

建立了二维空间声波斜入射条件下水中隐身夹芯复合材料结构的声学模型;从水声波动方程出发,推导了斜入射下水中隐身夹芯复合材料壳板结构的声传递矩阵,及终端自由边界条件下的声反射系数和吸声系数表达式;对水中目标的隐身夹芯壳板结构声学系统进行了垂直入射声学试验,试验结果与传递矩阵法数值计算吻合较好;对试验声学系统进行了斜入射下声学性能数值计算,分析了入射角对反射系数和吸声系数的影响;考虑斜入射下夹芯层厚度、密度、损耗因子、及水层厚度等对水中目标隐身壳板结构反射系数和吸声系数的影响,应用数值方法对水中隐身夹芯复合材料壳板结构进行了声学设计;考虑吸声夹芯层总厚度一定,对梯度阻抗夹芯进行了声学设计,分析了梯度夹芯层材料参数和几何参数对隐身结构声学性能的影响。结果表明:水中隐身夹芯复合材料壳板结构实现了承载和隐身的一体化,具有较好的声隐身效果。     

半无限基衬上功能梯度材料层结构声学性能研究

基于回传射线矩阵法,研究了平面声波入射下半无限弹性基衬上功能梯度材料层的水下声学性能。将功能梯度材料层沿厚度方向上分层,各子层视为均匀材料,并推导了流-固界面处及功能梯度层与基衬界面处的声波局部散射矩阵及各分层的相位偏移矩阵,然后组装得到关于各分层材料波幅的总体矩阵方程,最终求解功能梯度材料层的反射系数及吸声系数。通过数值计算分析了材料参数沿厚度指数型式变化的功能梯度材料层的材料梯度、入射角、基衬材料参数等因素对吸声系数的影响规律。分析结果表明半无限介质上的功能梯度材料层结构实现了由表层材料向基衬材料参数的渐变,对中高频声波具有较宽频的吸声性能;弹性基衬材料主要影响功能梯度层结构的低频吸声性能,基衬材料的特性阻抗与水越接近有利于提高低频段吸声性能。     

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。     

复合岩棉板在造船中的应用

一、概述复合岩棉板是一种新型的船舶舱室内装材料,它和硅酸钙板、超细玻璃纤维等材料成为当前船舶内装的主要材料。复合岩棉板是由镀锌薄钢板、PVC塑料装饰薄膜、胶粘剂和岩棉复合而成。具体来说,复合岩棉板是一种在两层0.7 mm厚的镀锌钢板中间,衬一定厚度的岩棉,用粘接剂和铆钉     

船舶肘板拓扑优化设计北大核心CSCD

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

海洋平台机座阻尼结合阻振质量减振分析

应用波分析法研究结构声在机座板结构中的传导特性,并对比分析层合阻尼结构的解析解和数值解,验证阻尼建模方法的正确性.依据阻尼材料的工程选用原则对阻尼材料进行选型,并基于有限元法研究阻尼粘贴方式对机座结构的动力学特性影响规律,分析表明多层复合阻尼材料相比于普通阻尼材料具有更好的减振效果.在此基础上研究某平台发电机组机座敷设多层复合阻尼结构对平台舱室振动特性的影响,并分析阻尼层厚度对平台振动特性的影响.研究阻振质量对贴敷多层复合阻尼减振特性的影响,研究表明阻振质量结合阻尼减振可使减振效果相比单独应用阻尼有较大程度提高.     

功能梯度复合材料充液弯管/直管的振动特性分析

船舶海洋工程中常用的金属管道易腐蚀,维护成本高,声学阻尼性能差。功能梯度材料（FGM）是一种具有极强可设计性的新型复合材料,其材料属性随着空间位置的连续变化而变化。本文研究材料属性沿壁厚方向呈连续梯度变化的充液管道振动特性,以此分析功能梯度材料的应用前景。首先,沿壁厚方向将非均匀材料离散为若干层均匀材料,其次,基于管道的Timoshenko梁模型和流体方程建立功能梯度充液弯管或直管的耦合振动方程,最后研究高精度、高效率的动刚度法在组装充液管道单元上的应用,并讨论梯度指数对管道动态特性的影响。     

船舶肘板拓扑优化设计

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

金字塔点阵夹芯板单元结构准静态压缩性能研究

点阵夹芯板结构是一种新型的轻质、高强度多功能材料,在船舶领域有着广泛的应用前景。而传统金属材料的夹芯结构面板与芯子之间是通过粘结或焊接连接,易造成弱界面缺陷。基于此,提出一种增强金属材料桁架类夹芯复合壳板结构节点强度的新型加工工艺方法。首先,对点阵夹芯结构在准静态压缩载荷作用下的弹性本构关系进行理论分析;然后,对用该方法制备的节点增强金字塔点阵夹芯复合壳板单元结构进行准静态压缩试验研究。结果发现,随着载荷的增加,金属杆发生塑性屈服并在中间部位出现了断裂。最后,将试验结果与理论预测值进行比较,发现二者吻合较好,证明了理论分析的正确性。     

梯形载荷作用下功能梯度简支梁弯曲的解析解

基于应力函数法,对梯形分布载荷作用下、材料属性在厚度上任意变化的功能梯度简支梁弯曲问题的解析解进行了研究。首先引入了一个应力函数,根据平面应力问题的基本方程,得出了功能梯度梁的应力函数应满足的偏微分方程,并根据应力边界条件得出了应力函数及各向应力的表达式;进而根据功能梯度材料的本构方程和位移边界条件,得出了各向应变与位移的显式解析表达式。在算例中,分别采用文中方法和经典理论对均质各向同性梁进行求解,验证了文中方法的正确性;并求解了材料组分呈幂律分布的功能梯度梁的应力和位移分布,分析了上下表层材料的弹性模量比λ与组分材料体积分数指数 n 对应力和位移分布的影响。     

玻璃钢船艇设计中应关注的材料特性

玻璃钢船艇设计与传统的金属材质船艇不同。玻璃钢并非是一种单一材料,而是由玻璃纤维与合成树脂复合而成的新型树脂基复合材料。在建造船体时并无已成型为固体的玻璃钢,而需由形成玻璃钢的两种原材料在复合成玻璃钢的同时成型为船体,这与传统的先有材料再加工成船体的生产工艺有本质的不同。在玻璃钢船艇设计时,有关材料的物理力学性能数据及安全系数都不是定值,它们与所采用原材料的品种、性能、规格、增强材料布置和铺层设计,以及制造企业的职工技术素质和工艺技术管理水平、质检手段等有密切关系。由于目前造船专业院校尚未设置复合材料课程,文中从复合材料的专业角度介绍了玻璃钢的材料特性,以供设计时参考。     

主甲板与舷侧顶列板结构型式探讨

本文从船体结构强度，施工工艺性，防火安全，船舶维修，材料利用率等五个方面详细地阐述了主甲板与舷侧顶列板结构两种型式的利弊。通过分析对比推举了其中的一种最佳的结构型式方案。     

直柱型点阵结构在填充聚氨酯材料时的刚度性能研究

复合材料点阵结构以其优异的力学性能越来越受到人们的广泛关注,文中在点阵结构的基础上,提出了直柱型点阵结构填充聚氨酯材料的新型复合夹层板结构,利用有限元软件ANSYS研究其静态力学性能.分别研究了夹心层高度、面板厚度等变化对其刚度性能的影响,并将该结构与实体板、普通聚氨酯夹层板进行对比,得出对工程实际具有一定参考价值的结论.     

冰撞载荷下Ⅰ型夹层板抗冲击性能研究

夹层板结构以其优异的耐腐蚀性能、高比强度、高比刚度等优点,广泛应用于修船、造船领域。本文以船用I型金属夹层板为研究对象,采用理论与数值方法研究冰撞载荷作用下夹层板的抗冲击性能。提出了适用于I型金属夹层板和冰碰撞问题的冰体材料模型,并对该材料模型进行验证,得出本文的仿真结果与ISO理论曲线及试验数据结果吻合较好,证明该冰体材料模型可以应用于夹层板和冰碰撞问题的数值仿真中。同时,将其应用于冰体和夹层板的碰撞仿真中,对比了传统板架结构与金属夹层板在冰载荷作用下的碰撞力和能量吸收,研究不同的夹层板撞击位置以及冰体形状对夹层板结构的抗冲击性能的影响,为新型夹层板结构的应用提供参考。     

瞬态冲击载荷作用下舵板结构的疲劳寿命预测

通过开展材料性能试验与分析,获取材料的循环应力-应变曲线,采用不同方法对Manson-Coffin公式中的疲劳常数进行估算,对R≠–1的应变-寿命曲线进行修正。运用雨流计数法计算得到结构的载荷谱,采用Neuber近似解法求出舵板结构的局部应力应变。分别应用道林公式和兰德格拉夫公式2种方法计算结构的累计损伤效应,并对2种方法的计算结果进行对比分析。提出采用应变能等效原则开展试件的疲劳寿命试验方法,试验结果与仿真计算结果较为近似。     

船舶内装板耐火分隔结构设计与性能研究

设计一种以气凝胶和铝蜂窝材料为主的船舶内装板结构。介绍了船舶內装板耐火分隔定义及设计方法。根据耐火分隔标准试验,设计以电加热板模拟加热炉温升的耐火分隔小尺寸样件模拟试验。根据小样模拟试验原理,建立耐火分隔有限元模型,结果表明,仿真和试验结果较为接近,仿真计算方法可以为耐火分隔结构优化提供手段。通过仿真分析计算,得到船舶内装板中气凝胶的最小厚度为5mm,內装板结构整体重量较50mm厚复合岩棉板轻25%。研究方法可以为新型耐火分隔结构的设计提供参考。     

流场中功能梯度材料圆柱壳的频散特性

文章基于Love壳体理论和Helmholtz波动方程推导了内外流场作用下功能梯度材料圆柱壳流固耦合振动方程。研究了流场作用下功能梯度壳内传播波的频散特性,并与各向同性圆柱壳进行比较。研究表明：在以拉伸和扭转运动为主的频段上,功能梯度壳体的材料特性改变对各支传播波相速度的影响较大,且扭转运动对应频段所受的影响大于拉伸运动对应的频段,而对弯曲波相速度的影响较小。该文可为水下航行器新型复合材料壳体的波动特性研究提供参考。