轮印载荷下I型夹层板架结构静强度力学性能试验研究

现代舰船的直升机起降时会通过轮胎将载荷作用于飞行甲板的板架上,这种载荷通常被称为轮印载荷。除此之外,相对于传统加筋板结构形式,I型夹层结构具有轻质、高比强度等优点,是一种可以应用于船舶飞行甲板的新型结构形式。本文针对轮印载荷局部重载和位置不确定的特点,设计了合理的试验贴片方案及加载程序,并将试验数据与理论值对比,分析误差原因,研究I型夹层板架结构的板格在四种典型位置轮印载荷作用下的静强度力学性能。试验结果表明,夹层板架结构在载荷附近测点的应力水平较大,同时其上面板沿船宽方向的弯曲应力大于沿船长方向的弯曲应力,而下面板2个方向的弯曲应力特性与上面板相反。这些结论对于I型夹层板架结构在轮印载荷下的力学性能研究具有重要意义。     

轮印载荷下I型夹层板架结构静强度力学性能试验研究

现代舰船的直升机起降时会通过轮胎将载荷作用于飞行甲板的板架上,这种载荷通常被称为轮印载荷。除此之外,相对于传统加筋板结构形式,I型夹层结构具有轻质、高比强度等优点,是一种可以应用于船舶飞行甲板的新型结构形式。本文针对轮印载荷局部重载和位置不确定的特点,设计了合理的试验贴片方案及加载程序,并将试验数据与理论值对比,分析误差原因,研究I型夹层板架结构的板格在四种典型位置轮印载荷作用下的静强度力学性能。试验结果表明,夹层板架结构在载荷附近测点的应力水平较大,同时其上面板沿船宽方向的弯曲应力大于沿船长方向的弯曲应力,而下面板2个方向的弯曲应力特性与上面板相反。这些结论对于I型夹层板架结构在轮印载荷下的力学性能研究具有重要意义。     

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。     

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。     

复合夹层板弯曲挠度的一种近似计算方法

基于Hoff夹层板理论对夹层板弯曲挠度计算提出一种近似计算方法,将夹层板的面板和芯材在横向载荷作用下产生的挠度值分别计算,然后合成相加得到夹层板的总挠度分布。避免了引入夹层板截面转角这两个未知量,仅应用单层薄板的挠度解即可求得夹层板挠度的分布。算例表明,当面板厚度与芯材厚度之比小于<0.67时,本方法计算出的挠度值与Hoff理论的计算结果误差很小,可以替代Hoff理论来进行夹层板挠度的计算。     

空爆载荷下U型夹层板抗爆性能数值仿真研究

力学性能优越的夹层板结构在飞机、高速列车等交通运输领域得到广泛应用.为研究U型夹层板空爆载荷下的损伤特性,利用有限元软件MSC.Dytran分析U型夹层板空爆载荷下的损伤变形模式、耦合力、结构位移、速度、加速度、吸能,并与加筋板架对比;应用正交试验设计方法分析结构参数对抗爆性能的影响程度及较优的尺寸组合.分析表明:冲击载荷下U型夹层板上下面板的变形模式为膜拉伸,产生波浪式变形;夹芯层易于压皱变形,减少了对上面板冲击载荷的传递,同时夹芯层吸能效率较高,使得上面板的塑性变形显著减小;夹层板上下面板位移、速度、加速度、吸能均小于加筋板,表现出优良的抗爆性能.结构参数对夹层板抗爆性能影响程度的主次顺序为:夹芯角度、上面板厚度、夹芯壁厚度、下面板厚度;经验证,优化尺寸后的夹层板抗爆性能显著提高.     

轮压载荷下夹层板直升机平台结构响应特性

以直升机平台甲板为研究对象,基于数值仿真方法,考虑弹性工况和塑性工况,分别采用动态冲击、轮胎准静态压载、刚体准静态压载和均布压载4种处理方式模拟轮压载荷,分析夹层板上面板、夹芯层和下面板的响应特点,讨论载荷处理方式对轮压压力分布和结构响应的影响规律,并初步探讨4种载荷处理方式间的内在关系。研究结果表明:在轮压载荷作用下,板架产生高应力、高变形的局部结构响应,采用动态冲击、轮胎准静态压载和均布载荷3种处理方式均能较好地反映夹层板响应,这3种载荷处理方式之间存在联系,轮压载荷可通过等效处理达到一定程度的简化。     

轮压载荷下夹层板直升机平台结构响应特性

以直升机平台甲板为研究对象,基于数值仿真方法,考虑弹性工况和塑性工况,分别采用动态冲击、轮胎准静态压载、刚体准静态压载和均布压载4种处理方式模拟轮压载荷,分析夹层板上面板、夹芯层和下面板的响应特点,讨论载荷处理方式对轮压压力分布和结构响应的影响规律,并初步探讨4种载荷处理方式间的内在关系。研究结果表明:在轮压载荷作用下,板架产生高应力、高变形的局部结构响应,采用动态冲击、轮胎准静态压载和均布载荷3种处理方式均能较好地反映夹层板响应,这3种载荷处理方式之间存在联系,轮压载荷可通过等效处理达到一定程度的简化。     

铝合金加筋板轮印载荷的简化等效模型

将轮印载荷等效处理为接触区域内的均布压力是目前大多数研究通常采用的方法,但简化的均布压力与实际的接触压力明显不同。基于此,本文以子午线轮胎-铝合金加筋板为研究对象,模拟现实中不同轮胎压载方式下产生的轮印载荷。基于能量法提出使用补偿系数β的圆形均布压力代替实际轮印载荷的等效简化方法,讨论不同加载工况、轮印位置、加筋板结构参数对补偿系数β的影响,最后通过具体的工况算例分别从加载区域、加筋板的最大应力值、加筋板上应力状态分布,验证均布加载补偿系数β的合理性。研究结果表明,本文提出的方法可以有效替代为轮印载荷的简化等效模型,并且与基于规范的计算相比,该方法的计算精度更高。本文提出的补偿系数β用于加筋板最大应力值的预测时,预测精度平均提升33.99%,对此类甲板设计以及强度计算有较好的实际工程应用价值。     

壳板径向初挠度对内外环肋圆柱壳结构强度的影响分析

用参数化有限元法模拟壳板径向初挠度的分布,通过系列计算和应力系数的对比,研究局部内凹、外凸和整体椭圆度对圆柱壳结构强度的影响。考虑纵向弯曲载荷的贡献,提出了附加弯曲应力的一种估算方法,其结果与有限元接近且偏安全,可用于结构校核及结构加强。跨中壳板局部内凹使弯曲应力急剧上升,而中面应力则变幅较小。局部凹、凸产生的附加弯曲应力方向相反、大小相当,f/t相同时,外凸对应的合成弯曲应力明显小于内凹。局部凹凸度幅值对壳板强度的影响呈非线性,凹陷中心的σ20随f/t提高先缓慢增加而后下降,椭圆度幅值的影响是线性的但很小。     

基于简化Zig-zag模型的钢聚氨酯夹层板屈曲分析

本文提出一种简化的高阶Zig-zag理论,即面板采用一阶剪切变形理论,芯材采用Reddy高阶剪切变形理论,建立钢聚氨酯夹层板在面内压缩载荷作用下的屈曲分析模型。考虑夹层板作为船舶舱口盖的受力特性,利用Matlab和有限元软件Ansys分别求出在面内压缩载荷作用下的钢聚氨酯夹层板的屈曲临界载荷,理论解与仿真值吻合度较高并分析几何参数对结构稳定性的影响。研究结果表明,在考虑结构重量的前提下,增加芯材即聚氨酯的厚度能较好的提高结构的稳性。     

等效刚度法计算波纹夹层板弯曲变形与应力

[目的]为探索波纹夹层板弯曲问题的计算方法,求解波纹夹层板的弯曲变形与应力,提出一种等效刚度法。[方法]将波纹夹层板中间芯层等效成正交异性体,应用卡氏定理求解芯层的等效弹性模量,最后应用层合板理论计算夹层板的整体刚度。依据夹层板的整体刚度,求解正交异性板的弯曲平衡方程,计算出夹层板的弯曲变形分布;通过求出的变形,应用虎克定律,即可推导夹层板的弯曲应力分布。[结果]通过算例验证,与文献[7]的方法相比,本文方法计算的刚度误差为-6.98%;与有限元法相比,本文方法计算的夹层板变形最大误差为-2.01%,应力最大误差为3.63%。[结论]这种分层累加计算整体刚度的方法,不仅可避免完全直接采用文献[7]的方法计算刚度时的复杂繁琐推导,而且用于弯曲计算还可获得较好的精度。     

低速碰撞载荷下钢制波纹夹层板动态响应研究

基于有限元软件Ansys/LS-DYNA,对钢制梯形波纹夹层板在低速碰撞载荷作用下的动态响应进行数值仿真研究,分析碰撞能量、冲头直径大小、碰撞位置和冲头撞击方向对夹层板动响应特性的影响。结果表明,随着碰撞能量从100 J增加到400 J,面板变形呈现出线性增加的趋势,碰撞能量达到一定水平后,结构出现损伤破坏,并且发现这种损伤的发生存在相对恒定的临界值,上面板吸能占比减小了30.5%,芯层和下面板吸能占比依次增加了12.4%,18.1%。冲头直径过小会带来明显的载荷局部效应,碰撞位置位于芯层胞元跨中时芯层无法对冲头进行直接支撑,这都会引起上面板的撕裂破坏,甚至被冲头贯穿。随着冲头撞击角度增加,上面板的撕裂破口逐渐由横向变为纵向,夹层板整体的能量吸收速率逐渐变大。在给定的载荷状况下,冲头30°撞击时,夹层板的耐撞性能较优;冲头90°撞击时,夹层板的耐撞性能较差。     

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。     

基于一阶zigzag理论的软芯复合夹层板冲击载荷下的动态响应分析（英文）

本文提出一种简化的用于求解软芯复合材料夹层板的一阶zigzag理论模型，该模型能精确求解外载荷作用下软芯复合材料夹层板的静态和动态响应。软芯复合材料夹层板的上下面板采用一阶剪切变形理论，芯材运用线性函数模拟横向和面内位移。模型充分考虑芯材厚度方向的应力和应变，能很好满足横向剪切应力和位移界面边界条件。基于此模型，运用Newmark法求解控制方程分析冲击载荷作用下简支软芯复合夹层板的动态响应，将提出的一阶zigzag理论模型与公开发表的文献结果进行了准确性对比验证。在验证的基础上进行了一系列的参数研究，并详细研究了各种参数对夹层板动态响应的影响。计算结果能为船用软芯复合材料夹层板提供理论设计指导。     

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.     

加筋板格高级屈曲分析技术研究及软件开发

文章给出了基于弹性大挠度理论和刚塑性分析的加筋板格高级屈曲分析方法(EPM),该方法包括五种失效模式,即正交加筋板格整体屈曲、纵向加筋子板格整体屈曲、纵向加筋和带板的局部屈曲或屈服、纵向加筋的侧倾以及全部屈服,可以考虑初始挠度和残余应力的影响以及双向压缩和侧向载荷的联合作用。以EPM方法为核心开发了加筋板格高级屈曲分析软件系统,包括任务管理、数据输入、屈曲分析、结果查看、能力曲线和文件分析等六个模块。为验证EPM方法的精度进行了系列纵向加筋和正交加筋板格试验模型的比较计算,并计算了四种典型加筋板格的双向应力能力曲线,与板格极限状态分析（PULS）软件和协调共同结构规范（HCSR）方法进行了比较分析。结果表明EPM方法可以分析联合载荷等因素对加筋板格极限强度的影响,文中开发的软件系统可用于加筋板格高级屈曲分析。     

Y型激光焊接夹层板抗爆性能分析

金属基折叠式夹层板具有优良的抗冲击性能,Y型激光焊接夹层板(Y-LASCOR)作为其中一种新型结构,需对其抗爆性能进行分析研究.本文基于非线性有限元软件MSC.Dytran开展水下爆炸冲击波载荷作用下Y-LASCOR的抗爆性能研究,并在此基础上研究Y-LASCOR的主要尺寸参数对其抗爆性能的影响.研究结果表明,Y-LASCOR在水下爆炸冲击波载荷作用下,下面板发生膜拉伸变形,夹芯层发生压皱变形,对上面板起到缓冲作用,降低了上面板的损伤变形,改善了结构吸能效率,表现出了优良的抗爆性能;上、下面板厚度t(l),tb和夹芯壁厚tc在一定范围内可以有效改善Y-LASCOR的抗爆性能;夹芯层高度H对结构抗爆性能的影响不大.     

多轮印载荷下车辆甲板板厚设计研究

各主要船级社规范针对车辆甲板的板厚公式一般基于单轮印给出,多轮印情况下多用等效的方式处理。本文首先根据规范的规定,总结出两种具有代表性的将多轮印载荷等效为单轮印的方法,然后基于线弹性理论,利用数值模拟手段对这两种等效方法在某典型轮印和板格尺寸下的情况展开了研究,并对这两种方法的合理适用性以及安全水平进行了讨论。     

内嵌方框型金属夹层结构连接构件极限强度分析

激光焊接钢质夹层结构在国外已用于实船,其连接构件的强度特性,是尚待解决的关键问题之一。基于有限元分析软件Ansys,分析在面内载荷作用下,I型金属夹层结构内嵌方框型连接构件的失效模式和极限承载能力,并研究不同形式、不同尺寸的初始缺陷,以及连接构件的设计参数对极限载荷的影响规律。结果显示,其失效模式是普通焊接接头处大部分区域均出现塑性变形,形成塑性铰。对于各种类型初始缺陷,随着其尺寸的增大,极限载荷均降低;夹层面板和连接构件水平板的初始缺陷对极限载荷的影响较大,夹层腹板和连接构件垂向板的初始缺陷的影响较小。在控制重量的条件下,欲增大极限承载能力,最有效的途径是增大连接构件水平板的厚度;选取合适的夹层面板端部长度;尽量减小水平板长度。