矩形冲头冲击下船体板的塑性动力响应

矩形板是船舶结构的最基本组成元素,船舶结构遭受矩形质量撞击的工况时有发生,因此应对船体板结构的抗撞性能给予足够重视。本文以船体矩形板为研究对象,采用动态冲击实验技术和刚塑性理论相结合的方法,分析了船体板在受到矩形质量块撞击作用时的变形损伤机理;研究中采用试验方法得到船体板的变形模态,在此基础上运用刚塑性理论分别导出了船体板的变形和碰撞力的理论公式,并用实验结果验证其准确性;最后采用理论方法对船体板的边界条件和载荷集中系数等相关参数进行分析。通过与实验结果的对比发现,本文给出的刚塑性理论公式能够较为准确地预测船体板变形和冲击力。     

空中接触爆炸作用下船体板架塑性动力响应及破口研究

导弹或炸弹接触爆炸对船体板架的破坏作用,可分为初始穿孔作用和爆炸冲击波作用两部分,从而可将其破损看作早期穿孔和壳板的后续塑性变形两个阶段.为简化计算,将船体板架按照一定的等效原则简化为圆形板.第一阶段,该圆形板在中心产生初始穿孔;第二阶段,爆炸冲击波作用以冲量的形式作用在穿孔后的剩余板结构上,给板一个初始动能.剩余结构在该动能驱动下继续变形,动能逐渐转化为变形能,并最终达到平衡状态.通过假设一定的塑性变形模式,得到变形能与变形的关系,利用动量定理和能量守恒定理,建立了板架塑性变形的理论模型,得出了变形挠度的计算公式.通过接触爆炸试验,得出材料极限动应变的估算值,并以最大环向应变等于极限动应变作为板架径向撕裂的条件,得到破口半径的计算公式.利用上述破口计算方法,对某型驱逐舰的几个典型船体甲板板架在受到飞鱼导弹及GBV-12型激光炸弹攻击时的变形挠度和破口尺寸进行计算.以实船在遭受空中打击时的战损事例和打靶试验数据进行比较后,证实该破口计算公式可用于船舶受空中接触爆炸作用下产生的破口估算.     

船体板在静,动载荷作用下的塑性响应

本文研究了矩形板和梁的塑性特性，采用较简单的理论方法来估计偶然横向载荷作用下舰船和水上运载具壳板的损伤。本文中砰击损伤方面以前的研究工作作了简要的回顾，并较详细地考虑了由于波浪冲击引起肥大型船首部的损伤。本文对已有的研究成果进行综合与分析，并同试验结果进行分析与比较，从而得出可供参考的计算方法。     

加筋板的大挠度塑性动力响应研究

对加筋板的大挠度塑性动力响应进行了理论研究,应用单轴对称截面的线性化轴力-弯矩交互作用曲线和相关联的塑性流动法则推出了梁达到塑性弦状态所应满足的挠度条件.此外,详细地分析了梁在不同载荷情况下可能的运动模式.最后应用本文理论和有限元软件ANSYS、ABAQUS/Explicit对四边固支单向加筋板结构进行了求解.     

船桥碰撞下船体结构强度及动力响应分析

船桥碰撞下船体结构很容易损伤,为控制灾难性程度,船舶设计时进行船体结构强度及动力响应测试十分必要,建立船舶和桥梁的有限元模型。针对模型施加荷载,设计6种工况,动态模拟船桥碰撞过程。分析碰撞过程中的船体结构强度及动力响应情况。结果表明：根据最大相对变形和极限强度,将船体强度从低到高排序,得出船舶行驶速度越快、撞击越正面,角度越大,产生的破坏力越强。碰撞力变化特征：开始迅速上升,出现小幅度的减小,碰撞力再次上升并且达到顶峰,碰撞力迅速下降,船舶的动能逐渐减少,内能逐渐升高;行驶速度越快、撞击越正面,角度越大,动能越小,内能越大。撞深整体呈现先升高再降低最后维持平稳的变化特征;船舶行驶速度越快、撞击越正面,角度越大,撞深越大。     

船体板架动力优化设计

在考虑同时承受静，动载荷的结构响应条件下，对船体板架进行优化设计，以求解决这类结构用设定频率禁区方法时出现的问题和适应结构对振动的要求，并给出了计算实例。     

爆炸载荷下固支矩形板的大挠度塑性动力响应

从矩形板的小挠度运动方程出发,通过引入膜力因子,给出四边固支矩形板在大挠度变形情况下的运动方程,分析矩形板大挠度塑性动力响应,并根据运动方程导出在矩形脉冲载荷作用下四边固支矩形板的运动微分方程,求解矩形板的最大残余变形计算式。同时,通过假设的应变率效应系数选取方法,解决大挠度加载情况下材料屈服应力的增加问题。使用有限元仿真手段验证了带有移行铰线的变形机构,对已有的实验样本和补充的有限元模型进行计算,并将计算出的理论结果与已有实验结果和有限元结果进行了比对,吻合较好。     

反复碰撞载荷下船体结构弹塑性动态响应研究进展

极地船舶与海洋工程结构在营运过程中会遭受到浮冰多次冲击、直升机重复着降以及供应船停靠等反复碰撞载荷,在这些反复碰撞载荷作用下船体结构会产生累积的塑性变形,这将会严重危害冰区船舶与海洋工程结构的使用性能和安全性能.本文主要从试验方法、数值方法和理论方法三个方面对反复碰撞载荷下船体结构塑性动态响应研究进展进行综述,对船体结构在反复碰撞载荷下的力学机理进行总结,对反复碰撞载荷下船体结构的伪安定现象是否发生进行了讨论.此外,本文针对一些反复碰撞问题的实际工程背景,总结了一些设计公式以及设计图谱,从而给极地船舶与海洋工程结构设计提供参考.     

爆炸冲击载荷下加筋板塑性动力响应分析

基于非线性动力学软件Abaqus,对爆炸冲击载荷下的加筋板塑性动力响应行为进行研究,探讨加筋板的结构形式、载荷冲击波波形、材料应变率效应等参数对加筋板塑性动力响应的影响.仿真分析结果表明加筋板结构形式对加筋板抵抗爆炸载荷能力影响较为明显;冲击载荷峰值时间影响加筋板最终塑性变形的大小;应变率效应对加筋板最终塑性变形影响较大.     

不同敏感性参数下船舶-碎冰碰撞的船体结构响应

基于我国第七次北极科学考察获得的夏季北极海冰空间分布情况,模拟真实碎冰分布,采用LS-DYNA软件中的流固耦合方法,研究在船舶航速、碎冰尺度、碎冰厚度及碎冰密集度等因素影响下船舶-碎冰碰撞的船体结构响应。结合试验数据得到船体结构的应力、吸能和碰撞力。结果表明：船舶-碎冰的主要碰撞区域为艏部及舷侧的水线附近;在船舶航行于碎冰域时,船体结构的应力、吸能和碰撞力的峰值随碎冰域的船舶航速、碎冰尺度、碎冰厚度及碎冰密集度的增加而增加,但分布情况不同。研究结果为船舶在极地冰区航行提供一定的安全性参考。     

冰-水耦合作用下船舶与浮冰碰撞动响应数值仿真研究

船舶在碎冰区航行时会受到浮冰的碰撞,为了准确模拟浮冰碰撞载荷作用下的船体局部结构承载特征,应当考虑碰撞过程冰-水耦合作用的影响。本文采用瞬态动力学分析程序MSC.Dytran对某水面舰船在碎冰区航行时受浮冰碰撞的动态过程进行数值仿真,得到了受浮冰碰撞下的船体结构响应、碰撞载荷及碰撞过程中的能量转化特征,对浮冰尺度、碰撞位置、舰船航速对船体结构响应及碰撞载荷的影响进行了分析并给出了相应的结论。本文研究工作对于碎冰区航行舰船的载荷确定及结构设计具有重要的参考价值。     

十字交叉梁模型的塑性动力响应计算方法

船体板架在水下爆炸载荷作用下的塑性动力响应计算是舰船抗爆性能研究中的一项重要工作,鉴于有限元法对其求解的计算效率无法保证,同时解析法对其求解有技术上的困难等研究现状,提出了一种将船体板架结构简化成刚塑性十字交叉梁,并通过动量定理和动量矩定理由运动方程推导出十字交叉梁结构中横向和纵向构件二者在关联处有力的相互作用时的变形挠度的计算方法。利用此方法计算所得的结果,与实船舱段的有限元模型结果,以及实船舱段的水下爆炸试验的数据进行对比后,吻合较好。结果表明,力学模型选取是合理的,用于水下非接触爆炸的舰船板架挠度变形计算方法不仅保证了计算效率,也保证了计算精度,具有工程实用性。     

船体背液板架碰撞损伤机理研究

为研究舱内液货对船体结构损伤机理的影响,利用数值仿真软件MSC.Dytran,计算出背液板架流固耦合力、碰撞力、损伤变形以及能量吸收等,并与背空板架进行了对比分析.结果表明,背液板架的损伤机理明显区别于背空板架,流固耦合力使得结构的变形模式发生了改变、碰撞力增加、极限撞深减小.     

波浪作用下弹性板的水动力响应

为准确预报聚焦波作用下弹性板的非线性动力响应,充分掌握极端波浪条件对超大型浮体动力响应的影响,选用一种基于离散模块-梁单元的水弹性分析方法,对弹性板在规则波和聚焦波作用下的不同响应特性进行研究。同时,开展水槽模拟试验,并将试验结果与理论结果进行对比,验证该水弹性分析方法的有效性。试验结果表明：基于离散模块-梁单元的水弹性分析方法在超大型浮体动力响应分析方面具有良好的准确性和简便性;在规则波作用下,随着规则波波陡和波长的增加,弹性板响应幅值增大;在聚焦波作用下,谱峰波长和最大波幅对弹性板响应的峰值和谷值有显著影响。     

爆炸载荷作用下单向加筋板的塑性动力响应分析

从加筋板面板以及加强筋的运动方程出发,分析了爆炸载荷作用下单根加筋固支方板的大挠度塑性动力响应。分析表明：加筋板的运动,取决于加强筋的相对刚度以及载荷峰值的大小,将呈现出3种不同的模式。研究仅限于讨论加筋板的总体变形模式,具体讨论了单向加筋固支方板在忽略弯矩影响下的薄膜解法。得到的理论结果与已有的试验结果在多数情况下符合良好,表明简化理论分析方法能对爆炸载荷下单向加筋固支方板的永久变形做出较为合理的预报。     

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.     

浮冰碰撞下船舶舱室瞬态噪声分析及控制

论文针对在冰区航行船舶受到浮冰碰撞时产生的舱室瞬态噪声问题,结合虚拟模态法和统计能量法,将浮冰碰撞载荷作用形式简化成三角波时域曲线,计算浮冰碰撞作用下船体结构的冲击响应。对比在开阔水域和浮冰水域航行时的船舶舱室噪声特性,浮冰冲击导致船首附近舱室噪声声压级显著增加,船员舱室噪声增加了12.7 dB(A)。通过在船首敷设阻尼、布置加强筋等措施抑制受浮冰碰撞区域的冲击响应及其能量传递。结果显示在船首敷设阻尼后,生活工作舱室瞬态噪声平均降低3～5 dB(A),在船首布置横向加强筋比较纵向加强筋更有利于降低舱室瞬态噪声,布置正交加强筋使生活工作舱室瞬态噪声平均降低5.69 dB(A)。研究方法对极地航行船舶舱室的瞬态噪声预报及舒适性评估具有借鉴意义。     

浮冰冲击作用下的乙烯运输船体 舷侧结构强度分析

对无限航区的21000m3乙烯运输船舷侧结构,分别采用纵骨架式和横骨架式冰区加强设计。根据FSICR规范要求,更新舷侧冰带区域内构件尺寸,并针对艏部冰带区域内船体结构,分别建立了原始的、纵骨架式的和横骨架式的冰带结构设计有限元模型。通过强度计算,认为艏部冰带区新结构满足规范设计载荷要求。在此基础上,单独建立艏货舱冰区舷侧外板板架有限元模型,研究两种新设计形式适用的外板在更大浮冰冲击载荷作用下塑性变形。计算结果表明:纵骨架式结构外板塑性变形明显低于横骨架式。