新型舱壁结构抗侵彻性能的数值仿真

对加筋舱壁结构、平板夹芯舱壁结构以及蜂窝夹芯舱壁结构在高速破片侵彻作用下的抗侵彻性能进行数值仿真研究。分别对3种舱壁结构在侵彻作用下的动态响应进行分析,得到3种舱壁结构抗侵彻过程中的变形能,以及破片穿透3种舱壁结构后的剩余动能。计算结果表明:高速破片穿透加筋舱壁结构以及平板夹芯舱壁结构后仍具有较强杀伤力,因而需要改良舱壁结构,以更有效地抵御高速破片的冲击。蜂窝夹芯舱壁结构的抗侵彻性能高于加筋舱壁结构及平板夹芯舱壁结构。     

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。     

夹芯复合材料加筋板真空和水中自由振动分析

基于1阶剪切变形理论（FSDT）和Hamilton原理,利用狄拉克函数描述加筋,推导夹芯复合材料加筋板在真空中的自由振动控制方程;进一步假设浸没于水中的夹芯复合材料加筋板为薄板,根据流固耦合面上的法向加速度连续条件,对横向自由振动方程进行重构,得到整体结构在水中的控制方程。考虑四边简支边界条件,采用双傅里叶级数求解方程,并与文献及数值结果进行对比,验证了本文方法的有效性。进一步研究了加筋位置和数量、面板厚度及芯层厚度变化对夹芯复合材料加筋板自由振动的影响,为工程实际的结构优化设计提供参考。     

基于粒子群算法的环向加筋夹层圆柱壳体优化设计

为了获得环向加筋夹层圆柱壳体尺寸的最优化参数,首先参考一般环肋圆柱壳体强度与稳定性校核方法,并根据环向加筋夹层圆柱壳体应力分布规律和稳定性特征,提出环向加筋夹层圆柱壳体强度与稳定性校核方法;其次以强度与稳定性要求为约束、以结构重量最轻为目标,建立优化设计的数学模型,并利用粒子群优化算法完成了环向加筋夹层圆柱壳体的尺寸参数优化。最后探究了结构重量随极限潜深增大的变化规律。研究成果表明,利用粒子群优化算法进行环向加筋夹层圆柱壳体参数优化设计可以获得令人满意的结果。     

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。     

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。     

敷设阻尼材料双层壳体低阶模态声辐射性能分析

主动控制系统最适用于控制低频谐波噪音。本文研究的是流场中敷设阻尼材料的有限长加筋双层圆柱壳的低阶模态声辐射性能，壳体的振动用Fligge壳体方程来描述，通过将加筋结构等效为反力和反力矩加在圆柱光壳表面上，采用Helmholtz波动方程和壳体表面的边界条件推导出声一流场一结构的耦合振动方程，然后采用相应的求解方法进行求解。理论结果用辐射声功率和表面振动均方速度级的形式表示。数值计算结果表明低阶模态对壳体声辐射起着主要作用。作者亦详尽讨论了阻尼材料物理性能对壳体低阶模态声学性能的影响，这对壳体振动和噪声性能主动控制有着重要的实用价值。     

加筋圆柱壳体支撑结构振动传递特性试验研究

支撑结构型式和布置位置对加筋圆柱壳体内振动传递特性具有重要影响。文中设计了加筋圆柱壳体试验模型装置,内含壳体支撑结构、平台支撑结构和舱壁支撑结构,开展了加筋圆柱壳体模型的振动模态试验和传递特性试验。以振动传递函数为评价指标,研究了不同频率下支撑结构至加筋圆柱壳体表面的振动传递特性,得出振动传递特性在低频时很大程度上受到壳体结构振动模态的影响。提出等效振动传递函数概念,分析了支撑结构的型式及布置对加筋圆柱壳体传递特性的影响。试验研究结果有助于控制动力机械设备的中低频振动传递,对加筋圆柱壳体内支撑结构的声学设计具有参考价值。     

船用聚氨酯蜂窝板的隔声特性研究

聚氨酯作为一种优异的材料近年来被广泛应用,利用夹层板这种特殊的结构形式,基于传统船用加筋板,通过等质量原理,设计了不同开孔形式的船用聚氨酯蜂窝板,利用声学边界元的方法对其隔声性能进行有限元仿真研究。同时分析面板厚度、夹层高度和夹芯壁厚等因素对聚氨酯蜂窝板隔声性能的影响规律,结果表明六边形孔的蜂窝板隔声性能略差,其他开孔形式对蜂窝板隔声性能的影响很小,增加面板厚度、夹层高度和夹芯壁厚在一定程度上可以提高隔声性能。通过与传统船用加筋板进行隔声性能对比,得到聚氨酯蜂窝板的隔声性能比加筋板优越的特性。     

夹芯复合材料在潜艇声隐身结构中的应用及其相关技术研究

潜艇的声隐身问题一直是研究的热点，各种新的声学材料和结构不断涌现。首先对复合材料在潜艇声隐身结构中的应用情况进行了分析，对其材料、结构形式、作用效果等方面进行了详细阐述，提出了夹芯吸声复合材料作为水下声隐身结构的发展趋势。然后利用数值计算的方法，对夹芯复合材料的声学性能进行了分析，得到了夹芯复合材料各层材料参数，如厚度、声特性阻抗和损耗等对声学性能的影响规律。最后，评估了典型局部结构壳板应用夹芯复合材料后的力学性能和声隐身性能。结果表明，潜艇非耐压结构的壳板采用夹芯复合材料可以满足结构的力学要求，与钢结构相比声隐身能力得到提高。     

砰击载荷下轻质波纹夹芯夹层板动力响应特性分析

文章对轻质波纹夹芯夹层板(Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates,LWCCSP)在不同入水速度下(1-6 m/s)的流-固耦合非线性动力学行为进行了分析。建立了气—液—固三相数值模型,通过显式动力求解获得了轻质波纹夹芯夹层板砰击压力的分布特点及结构变形规律,并与同等质量的加筋板在流固砰击下的非线性力学行为进行了对比,并研究了轻质波纹夹芯夹层板主要设计参数对其砰击响应的影响。研究结果表明,轻质波纹夹芯夹层板较同等质量的加筋板表现出更好的抗砰击性能;下面板厚度、芯层厚度的增加在一定范围内可以有效提高轻质波纹夹芯夹层板的抗砰击性能。     

蛋形水下耐压壳的屈曲行为研究

针对蛋形水下耐压壳结构的稳定性开展数值模拟研究,给出蛋形壳体的几何建模方法,基于Abaqus有限元仿真软件获得蛋形壳体的屈曲临界载荷和屈曲模态,并与Mushtri方程的理论结果进行对比研究,验证仿真模型的精确性。同时,为提高蛋形壳体的稳定性,提出一种加筋结构,研究加筋方式和加筋厚度等因素对壳体稳定性的影响规律,结果显示加筋结构对壳体的稳定性有显著增强效果,其中,环向加筋比纵向加筋效果更为明显,但加筋体厚度影响较小。分析还发现,壳体自身厚度对屈曲特征量的影响最大。     

夹层板系统碰撞性能数值仿真分析

夹层板系统(SPS)具有优越的力学性能,在修船中应用广泛。夹芯层具有很好的缓冲作用,可作为耐撞结构应用于船舶结构设计,提高其耐撞性能。基于非线性有限元软件ABAQUS分析SPS在碰撞冲击载荷下的结构损伤变形、碰撞力和能量吸收等力学行为,并对比分析其与加筋板架、折叠式夹层板的碰撞性能,最后研究了自身结构尺寸参数对其碰撞性能的影响。研究表明,SPS具有良好的碰撞性能,优于加筋板架和折叠式夹层板。SPS自身结构参数对其碰撞性能有一定影响,面板厚度增加,上下面板吸能明显增加,比能随着面板厚度的增加呈下降趋势,对夹芯层的吸能及比能影响不明显。夹芯层高度增加,夹芯层和上面板吸能明显增加,上面板比能增加最快,对夹芯层和下面板的比能影响不明显。     

轻质夹芯复合材料结构强度评估方法研究

由于具有高强度、高模量、重量轻、耐腐蚀的优良特点,复合材料在船舶上的应用逐渐成为研究热点.目前可查阅的关于船体复合材料结构强度校核的文献很罕见以及各种规范对船体复合材料结构强度校核尚未给出明确的说明.与各向同性材料的强度评估方法相比,复合材料强度评估有很大的不同.本文基于试验结果,分别采用壳单元、实体-壳单元和实体单元模型对复合材料结构进行数值分析,确定用于轻质夹芯复合材料结构强度评估的合理有限元模型.基于渐进损伤分析理论,采用Tsai-Wu失效准则和突降退化模型,对轻质夹芯复合材料的极限强度进行评估.结果表明:计及结果精确性与计算成本,可用壳单元模型分析复合材料结构的应力-应变分布;渐进损伤分析方法结合材料退化模型不仅有效地对复合材料结构的极限强度进行预测,同时还能判断材料的失效模式.     

静压作用下夹芯复合材料圆柱壳失效模式的有限元分析

基于有限元计算软件ABAQUS,对静水压力作用下夹芯复合材料圆柱壳的失效模式进行研究。首先,采用ABAQUS的材料库和单元库,建立高效、精确的夹芯复合材料圆柱壳的仿真计算方法;进而,基于TSAIW理论、Hashin理论和第四强度理论,分别建立表层材料和芯材的强度失效判据;最后,分析跨度/半径比、表层/芯材厚度比、内/外表层厚度比以及铺层角度等因素对圆柱壳失效模式的影响规律,可为夹芯复合材料圆柱壳的结构优化设计提供依据。     

夹芯复合材料螺旋桨性能流固耦合数值研究

与传统层合复合材料结构相比,夹芯复合材料结构轻质、高强,结构可设计性强,可实现多材料和多功能的一体化集成。本文基于螺旋桨结构水动力边界条件,以INSEAN E779A螺旋桨为研究对象,采用双向流固耦合仿真方法研究夹芯结构螺旋桨的水动力性能和结构响应特性,并与金属材料螺旋桨、传统层合结构螺旋桨进行对比,分析不同夹芯构型与螺旋桨水动力性能的关联性。结果表明:在中高进速系数条件下,螺旋桨结构形式对推进效率的影响较大,夹芯复合材料螺旋桨在实现轻量化的同时,其推进效率要优于同工况下的层合复合材料螺旋桨与金属螺旋桨;在中低进速系数条件下,夹芯复合材料螺旋桨的水动力性能与夹芯构型有着重要联系,随着夹芯体积比的减小,整体质量变大但推进效率得到一定提升。     

蜂窝式夹芯层结构横向耐撞性能数值仿真研究

蜂窝式夹层板结构具有强度高、结构轻等优越的性能,其中夹芯层结构起关键作用。文中采用非线性有限元软件MSC/Dytran模拟仿真了蜂窝式夹芯层结构在横向冲击载荷作用下的渐进屈曲过程,分析了结构的耐撞性能,结构参数对耐撞性能的影响。研究分析表明:蜂窝式夹芯层结构在横向冲击载荷作用下具有稳定的压溃载荷、较长的有效行程,具有优良的吸能特性。结构密度是影响结构耐撞性能的关键因素;夹芯层高度对结构的耐撞性影响不大,增加结构夹芯层高度结构吸能增加。     

含裂纹加筋板在压缩载荷下的剩余极限强度试验研究

在老龄化引起的船舶结构安全性问题中,裂纹损伤是结构强度衰减的一个重要因素。文章采用逐步加载法对含裂纹损伤的加筋板压缩剩余极限强度进行试验研究。设计六种典型的穿透裂纹损伤加筋板,对损伤试件进行轴向压缩试验。通过改变裂纹尺寸、位置及倾角参数并根据试验观测结果,探讨了不同裂纹参数下加筋板的屈曲破坏特点和对剩余极限强度影响。试验结果表明,不同的裂纹长度以及裂纹位置改变加筋板结构承载力的分布,影响结构应力应变场,进而改变其失效崩溃模式;倾角为45°的裂纹相对于垂直于加筋的裂纹对加筋板结构的剩余极限强度影响较小,此外初始缺陷对结构的剩余极限强度的影响也不容忽视。     

基于广义切线模量理论的铝合金加筋板结构轴压极限强度分析

研究铝合金加筋板结构的极限强度,有利于充分发挥铝合金材料的强度潜力和结构的后屈曲承载能力。本文将广义切线模量理论应用于铝合金加筋板结构的轴压极限强度计算,并推导了适用于加筋板的协调参数、极限弯矩系数及结构系数等相关参数的解析算式,建立了铝合金加筋板结构的强度利用率函数,从而得到结构的极限强度,进一步完善了广义切线模量理论在加筋板结构极限强度研究领域的应用。通过将广义切线模量法计算结果与经验公式、有限元计算结果进行比较,验证了其适用性与可靠性,可用于工程分析计算。     

复合材料夹芯结构研究现状及其在船舶工程的应用

针对复合材料夹芯结构,从它的特种性能研究、特种结构研究、力学分析方法研究、制造工艺研究和复合材料夹芯结构在船舶领域的应用几个方面综述了最近的研究现状。归纳可知,复合材料夹芯结构具有高比强度、高比刚度,良好的导热性能,以及具有优良的可设计性。这种结构可以被设计成板、壳、柱等特种结构以适应工程需要。对于复合材料夹芯结构的研究主要集中于承载机理和功能特性研究,其制造工艺以RTM,VARTM,VARI等工艺方法为主。在船舶领域,军船和民船2个方面都广泛应用复合材料夹芯结构。