空中爆炸载荷下PVC泡沫夹芯板动态响应分析

基于 Abaqus/Explicit,计算分析 PVC夹芯板在空爆载荷作用下的动态响应,考察夹芯板上面板厚度、芯层高度及炸药当量对其抗爆性能的影响,并从能量吸收的角度分析不同工况下 PVC夹芯板的吸能特性。数值结果表明夹芯板的动态响应对其结构配置比较敏感,增加上面板厚度及芯层高度可以明显减小下面板挠度,从而提高结构的抗爆性能。夹芯板的总体吸能量与上面板厚度密切相关,与芯层高度没有明显关联,减小上面板厚度可以提高结构的总体吸能量;在相同工况下,增加上面板厚度可以提高上面板吸能占比,增加芯层高度可以提高芯层吸能占比。在炸药当量较小时,夹芯板变形以上面板局部弯曲及芯层压缩为主;当炸药当量较大时,夹芯板变形以整体弯曲变形为主。研究结果对PVC夹芯板抗爆性能的优化设计具有一定的参考价值。     

冲击载荷下舰船夹芯舱室结构动态响应及吸能特性

夹芯舱室结构已被用于国外舰船水下舷侧防护结构中,优化舰船水下舷侧防护结构对研究夹芯舱室结构的抗冲击性能具有重要意义。利用MSC.Dytran软件,研究冲击载荷作用下夹芯舱室结构的动态响应及吸能特性,分析前舱壁厚度h_f、后舱壁厚度h_b、弧形竖隔板厚度h_a及其半径r这4个尺寸参数对夹芯舱室结构变形和吸能特性的影响,给出夹芯舱室结构前舱壁中心点挠度、后舱壁中心点挠度、前舱壁最大塑性应变、前舱壁变形能及芯层结构变形能的拟合公式。结果显示：当4个尺寸参数在一定范围内变化时,由拟合公式计算所得结果与仿真结果的相对误差在10%以内。所得结果可为夹芯舱室结构的设计提供参考。     

空中爆炸载荷作用下舰船结构动态响应研究

本文在空中冲击波和空中接触爆炸理论研究基础上,以某大型船舶典型舱段为研究对象,利用瞬态有限元分析软件MSC.Dytran详细研究了空中接触爆炸以及舱室内部爆炸载荷作用下舱段结构的动态响应过程,得到不同形式爆炸载荷作用下舱壁结构的破坏模式与毁伤特性,并将舱室内部爆炸与强力甲板外部接触爆炸进行了对比,得到了2种不同攻击方式下,舱段的响应特点及规律,为后续舰船结构的加强提供参考。     

爆炸载荷下舱壁结构模型化技术研究及其结构响应分析

舰船在海战中是最易受到攻击的目标,反舰导弹打入到舰船内部会产生大量的冲击波。因此在狭小的舱室内,爆炸冲击波对舰船舱壁结构的破坏不容忽视。本文运用大型有限元软件MSC.DYTRAN对舱壁结构进行数值仿真模拟。先对结构的有限元模型进行研究,确定其舱室个数,结构简化程度及建模所需的其他参数。然后对单、双层舱壁模型结构进行响应分析,单、双层舱壁模型结构的响应数值进行对比,得出双层舱壁结构模型的抗爆抗冲击能力明显优于单层舱壁结构模型,以上结论为舱壁结构的优化设计提供了参考。     

近场水下爆炸作用下金属夹芯结构的动响应分析

金属夹芯结构具有质量轻、吸能良好和抗冲击等优点,被广泛用于船体板架设计。在金属夹芯结构形状设计方面,不同形状的金属夹芯结构的抗冲击性能有着很大的差异。针对三种不同的金属夹芯形状,采用有限元软件ABAQUS,模拟三种金属夹芯结构的抗冲击性能。通过对比三种形状的夹芯面板中心位移以及速度的变化规律,发现对于质量相同的夹芯结构,三边形夹芯结构具有更强的抗冲击性能。另外,研究不同金属夹芯结构能量时历曲线,得出六边形夹芯结构在吸能效果方面最好。     

金属夹芯板替换传统板筋结构的研究

为实现金属夹芯结构甲板对传统板筋结构甲板的替代,采用有限元软件计算金属夹芯结构的失效模式,找到替代传统加筋板强力甲板的金属夹芯结构腹板面板设计要求准则,并在满足该准则要求的前提下以4种优化原则为筛选条件,通过枚举法对比整体欧拉应力,得到最佳的金属夹芯结构替代方案。当以传统加筋板结构为替换对象时,根据减重和降低高度等工程需求,对金属夹芯基本单元的设计提出3种原则,以欧拉应力最大为前提,原则1为不减高、不减重,原则2为减重、不减高度,原则3为减高、不减重。以板厚度为10 mm,球扁钢型号为10#的加筋板为研究对象,分别得到各设计原则下的最优替代方案。所作研究有助于找到由金属夹芯结构替代不同尺寸传统加筋板的最佳方案。     

舱内爆炸载荷作用下舱壁板的动力响应分析

为研究具有不同边界条件的舱壁板在爆炸载荷作用下的动力响应,采用通用有限元软件Abaqus建立完整的舱室结构模型和几种舱壁板模型。运用解耦的方法得到舱内爆炸时作用于舱室各舱壁上的压力时间历程,将该压力载荷作用到舱室各舱壁上得到其动力响应,比较各种模型的计算结果。结果表明:对于舱壁板模型,释放舱壁板4边的3个转角自由度约束、保留3个位移自由度约束是最合理的边界条件;舱壁板的长宽比对舱壁板中心位移有较大的影响;释放舱壁板4边的转角自由度约束对舱壁板中心位移的影响较小,转角自由度约束对舱壁板变形拟合函数的影响较为明显。所得到的数值计算结果可为相关研究提供参考。     

水下爆炸作用下板的动态响应分析

水下爆炸是属于极其复杂的学科。这种爆炸虽然很早以前就在海战中发挥作用,但在理论研究方面开始的很晚。水下爆炸不仅在军事上十分重要,而且对民用工业也是很有意义的。而一般情况下,战场上的军事目标大都是有板、壳、梁等基本构件构成的。当这而基本构件受到爆炸冲击载荷作用时,有可能产生大的塑性变形,或者发生局部或整体的断裂破坏而导致结构失效,最终导致目标达到某一毁伤等级。因此,对这些基本构件在爆炸等强冲击载荷作用下的塑性变形破坏情况进行理论分析,对于研究弹药的毁伤威力和目标易损性具有十分重要的意义。文中主要通过Abaqus有限元程序数值模拟了水下爆炸作用下结构的动态响应过程和板材最大有效塑性应变随冲击波载荷强度的变化关系,研究了平板在水下爆炸载荷作用下的几种破坏模式。     

空中爆炸载荷作用下舰船结构毁伤规律研究

利用通用数值程序对空中爆炸载荷作用下舰船结构毁伤规律进行了分析,通过数值仿真结果与经验公式对比验证了所采用方法的有效性。在此基础上提取舰船结构毁伤效果、流场域以及舰船结构典型位置处的响应数据,得出如下结论:利用大型有限元软件在计算破口半径时数据结果偏小,但误差在15%以内,可以用于工程实践;空中爆炸具有局部性,取流体域半径为药包半径的六倍左右,满足工程要求;对于综合补给舰船型,舷侧为薄弱环节,应予以加强;舰船结构在垂向、横向以及纵向均具有较大加速度响应,且空中爆炸船体的响应衰减趋势较弱;药量越大,应力波传播速度越快,且在结构交界处较易出现应力集中的现象,对舰船强度有较大影响。     

Experimental and numerical investigations on laser-welded corrugated-core sandwich panels subjected to air blast loading

Experimental investigations on the laser-welded triangular corrugated core sandwich panels and equivalent solid plates subjected to air blast loading are presented. The experiments were conducted in an explosion tank considering three levels of blast loading. Results show that the maximum deflection, core web buckling and core compaction increased as the decrease of stand-off distance. Back face deflections of sandwich panels were found to be nearly half that of equivalent solid plates at the stand-off distances of 100 mm and 150 mm. At the closest stand-off distance of 50 mm, the panel was found to fracture and fail catastrophically. Autodyn-based numerical simulations were conducted to investigate the dynamic response of sandwich panels. A good agreement was observed between the numerical calculations and experimental results. The model captured most of the deformation/failure modes of panels. Finally, the effects of face sheet thickness and core web thickness on the dynamic response of sandwich panel were discussed.     

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.     

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。     

冲击波和破片联合作用下I型夹层板毁伤仿真

基于非线性有限元软件LS-DYNA,通过在TNT炸药底部布置预制破片模拟战斗部爆炸产生的冲击波与破片联合作用载荷,计算3种TNT炸药当量下I型夹层板的毁伤响应,分析冲击波单独作用及冲击波与破片联合作用下I型夹层板失效模式的差异,研究夹层板芯层配置以及上、下面板厚度配置对其失效模式的影响,并与等效实体板的抗毁伤性能进行对比。同时,从吸能的角度分析不同载荷工况下I型夹层板的吸能特性。数值仿真结果表明:在冲击波与破片联合作用下,结构的毁伤程度远大于冲击波单独作用时;当载荷强度较小时,I型夹层板的抗毁伤性能优于等效实体板;载荷强度、载荷类型(冲击波单独作用或冲击波与破片联合作用)及上、下面板厚度配置对I型夹层板的失效模式有较大影响;从吸能特性来看,在冲击波单独作用下,上面板和芯层是主要的吸能构件,而在冲击波与破片联合作用下,上面板和下面板是主要的吸能构件。     

舱室爆炸载荷作用下舷侧防护结构的响应研究

文章对舱室爆炸载荷作用下舷侧防护结构的响应进行了研究,对防护结构的破坏形式、纵舱壁的响应等进行了详细分析.在舱室爆炸载荷作用下,防护结构中以膨胀舱的受损程度最为严重,液舱往里结构受损程度较轻.受膨胀舱中隔板间距疏密影响的,主要是膨胀舱中甲板及横舱壁,液舱往里结构所受影响很小.     

复合材料舰船典型舱段在水下爆炸载荷下的动力响应

分析了水面舰艇典型舱段在水下爆炸载荷下的动力响应。用ANSYS建立了典型舱段的四分之一模型,用LS-DYNA计算观察了结构的应力云图以及典型单元处的应力随时间的变化。分别设置船体结构材料为正交各向异性的复合材料和钢材料,且使两种情况下船体分段的重量相当,比较了不同材料船体相同位置的应力大小。改变炸药量的大小,计算水中不同距离处的冲击波峰值压力,并与由经验公式计算的结果作了比较。     

波纹夹芯杂交夹层板入水砰击动力响应特性研究

以波纹夹芯杂交夹层板(Hybrid Sandwich Plate with Corrugated-Cores,HSP)为研究对象,建立气-液-固三相数值模型,对结构在不同撞水速度下(1~10 m/s)动力响应特性进行数值计算分析。首先将其与相同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板(Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates,LWCCSP)在入水砰击下的非线性力学行为进行对比,分析探讨2种结构的能量吸收特点以及砰击压力和变形的分布规律,同时研究波纹夹芯杂交夹层板主要设计参数对其抗砰击性能的影响。分析结果表明,波纹夹芯杂交夹层板较同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板具有更好的抗砰击性能;在一定范围内,增加触水面板厚度及芯层厚度对提升波纹夹芯杂交夹层板的抗砰击性能有积极作用,且增加芯层厚度效果更为显著。     

波纹夹芯杂交夹层板入水砰击动力响应特性研究

以波纹夹芯杂交夹层板(Hybrid Sandwich Plate with Corrugated-Cores,HSP)为研究对象,建立气-液-固三相数值模型,对结构在不同撞水速度下(1～10 m/s)动力响应特性进行数值计算分析.首先将其与相同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板(Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates,LWCCSP)在入水砰击下的非线性力学行为进行对比,分析探讨2种结构的能量吸收特点以及砰击压力和变形的分布规律,同时研究波纹夹芯杂交夹层板主要设计参数对其抗砰击性能的影响.分析结果表明,波纹夹芯杂交夹层板较同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板具有更好的抗砰击性能;在一定范围内,增加触水面板厚度及芯层厚度对提升波纹夹芯杂交夹层板的抗砰击性能有积极作用,且增加芯层厚度效果更为显著.