耐压抗冲覆盖层在水下爆炸载荷作用下的冲击防护特性

[目的]为提高潜艇在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能,[方法]基于潜艇冲击环境的特殊性,提出适用于其的耐压抗冲覆盖层结构,即塑性泡沫与橡胶复合的耐压抗冲覆盖层结构。运用数值仿真软件Abaqus/Explicit分析耐压抗冲覆盖层在静水压力和冲击载荷共同作用下的动态响应。[结果]结果表明:当静水压力不超过覆盖层的屈服强度时,覆盖层的变形很小,可以有效降低冲击载荷;当静水压力超过覆盖层的屈服强度时,覆盖层的变形很大,其抗冲击效果也有所下降。因此,耐压抗冲覆盖层的屈服强度应大于冲击环境的静水压力,同时应注意避免覆盖层发生密实化。[结论]研究成果可为潜艇抗冲覆盖层的设计及研究提供参考。     

冲击载荷作用下船体变形的数值模拟研究

为了提高船体在冲击载荷作用下的刚度和强度,从而应用在船体的强化设计中,研究冲击载荷作用下船体变形的数值模拟方法,提出基于连续体模型应力评估的船体变形的数值模拟模型,进行船体变形的应力屈服力学分析,建立在冲击荷载下的船体变形的延性断裂行为学模型,采用断裂韧度的规则化测试方法进行船体变形的数值模拟,结合连续体模型应力评估方法进行船体变形的机械强度分析和屈服响应评估,实现船体变形关联约束参量的准确评估和数值模拟。仿真测试表明,采用该方法进行冲击载荷作用下船体变形的数值模拟的精准度较高,通过准确模拟船体变形应力参数进行机械强度设计,改善船体抗冲击载荷能力。     

冲击环境下船用压气机薄弱环节仿真分析

为了研究燃气轮机在水下非接触爆炸冲击载荷作用下的抗冲击能力,以燃气轮机中的重要部件压气机为抗冲击数值模拟研究对象,利用商用软件Hyper Mesh开展压气机的有限元建模,并对原始模型进行简化。将有限元模型导入Abaqus软件,通过模态计算验证简化模型的合理性,利用正负三角波分别从垂向、横向和纵向作为冲击载荷输入,基于显示求解器对压气机开展抗冲击能力的时域计算和分析,得到压气机部件在冲击环境下的薄弱环节。结果表明,压气机的垂向冲击响应远大于其他2个方向的冲击响应;支架是压气机结构的抗冲击薄弱环节;动叶片在垂向冲击的作用下和机匣之间没有发生碰撞的现象。所得结论可以为压气机抗冲击试验提供思路。     

斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板冲击后压缩行为分析

[目的]为分析冲击损伤对层合板压缩强度和失效行为的影响,对冲击后的编织碳纤维复合材料层合厚板开展面内压缩试验和数值仿真研究。[方法]通过建立有限元模型,开展层合板冲击后的压缩仿真分析,采用Fortran语言编写用户自定义材料子程序（VUMAT）,实现改进的Hashin失效准则和基于损伤变量的材料退化模型在ABAQUS/Explict中的应用;从压缩强度和压缩破坏模式两方面将数值模拟与试验结果进行对比,验证所建立数值模型的有效性。[结果]结果显示,冲击损伤会降低层合板的压缩强度,无损层合板的压缩失效模式为端部破坏,冲击后的层合板会出现横贯试件中部的截断式破坏;冲击后的压缩强度会随冲击能量的增大而降低,但压缩强度与冲击能量之间并不存在线性关系;层合板损伤行为的拓展与压缩载荷的历程密切相关,压缩载荷在达到层合板破坏载荷的阈值之前,层合板的损伤几乎没有发生拓展,一旦压缩载荷达到阈值,损伤将沿宽度方向迅速拓展,最终发生横贯整个模型宽度方向的压缩损伤。[结论]所做研究可为斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板的抗冲击性能评估提供参考。     

含初始裂纹铝合金板在反复冲击载荷下的动态响应

[目的]为研究含初始裂纹铝合金板在反复冲击载荷作用下的动态响应影响,[方法]通过开展铝合金板的反复冲击试验和有限元仿真研究,分析在反复冲击载荷下铝合金板的动态响应特性,比较完整铝合金板和含初始裂纹铝合金板在反复冲击载荷作用下的冲击力和破坏模式。[结果]试验结果与仿真计算取得较好的吻合。结果表明,在反复冲击载荷作用下,铝合金板对初始裂纹较为敏感;初始裂纹会降低铝合金板的承载能力,使得冲击力减小,反复冲击直至失效的冲击次数减小;含初始裂纹铝合金板的破坏模式也会受到影响。[结论]研究结果可对铝合金船体外板的结构强度计算和评估提供一定的依据和参考。     

水下爆炸冲击作用下舰船管路动响应研究

舰船管路是船舶抗冲击的薄弱环节之一,开展船舶管路抗冲击研究对提高舰船生命力很有意义。文中对大型船舶的压缩排气管路进行有限元建模,并基于有限元计算,分析了管路模型在水下爆炸冲击载荷作用下的响应。通过对管路应力、应变、加速度和位移等响应的归纳,得到空气管路在水下爆炸载荷作用下的响应规律并给出结论,可以为船舶管路系统的抗冲击研究提供参考。     

复合材料层合板低速冲击损伤特性影响因素

基于二维Hashin失效准则,在充分考虑低速冲击下层合板纤维和基体拉压失效等损伤模式下,计及材料退化并引入损伤因子,运用ABAQUS软件建立复合材料层合板低速冲击有限元模型。运用该模型深入研究层合板低速冲击问题,考察其动态响应和损伤演化过程,数值结果和实验值吻合良好,验证模型的合理性和准确性。在此基础上,通过对层合板进行各冲击工况的数值模拟,详细讨论冲击能量、铺层形式等参数对层合板低速冲击动态响应和损伤特性的影响规律。     

Structural Dynamic Response Study of Large LNG Carriers under Sloshing Impacts in Tanks

文章首先采用非线性有限元方法研究了No.96型LNG船液舱围护结构的极限承载能力,详细分析了不同边界条件下的失效模式.然后采用显示积分方法研究了不同晃荡压力峰值和持续时间的晃荡冲击载荷作用下液舱围护系统结构动响应,得到了不同工况下结构的动态失效特性.最后,回归了基于比例极限和突变永久变形的临界压力载荷公式,并给出了液舱围护系统结构设计准则和安全性评估方法建议.     

变冲击面载荷作用下船舶板架结构强冲击响应研究

为了更好应对复杂的航行条件,对变冲击面载荷作用下船舶板架结构强冲击响应情况进行深入调查和研究,基于变冲击面三维波动函数算法对冲击流场强度和弹性影响参数进行计算,针对计算结果模拟出抗冲击船舶板架结构,分别对板架结构中的平板和加筋板的抗冲击响应效果进行优化。最后通过实验检测表明,结合变冲击面三维波动函数算法对船舶板架结构进行分析和优化可有效提高船舶板架的抗冲击性,保障船舶航行安全。     

抗冲瓦结构在脉冲载荷下的动态响应分析与优化

为提高抗冲瓦结构的抗冲击性能,基于有限元分析软件Abaqus研究了抗冲瓦结构在不同峰值脉冲载荷下的响应,重点分析了抗冲瓦结构的变形模式、加速度峰值响应与其芯层结构尺寸间的关系,应用多学科优化软件Modelcenter对其结构尺寸进行优化.结果表明:受到冲击后,抗冲瓦结构在冲击端和固定端会出现局部压缩大变形,其变形模式与脉冲载荷峰值有很大关系,芯层胞元的几何尺寸与抗冲瓦结构的抗冲击性能有很大关系,应用遗传算法可以较好地实现结构在动态载荷下的优化.     

大型LNG船液舱晃荡结构动响应研究(英文)

文章首先采用非线性有限元方法研究了No.96型LNG船液舱围护结构的极限承载能力,详细分析了不同边界条件下的失效模式。然后采用显示积分方法研究了不同晃荡压力峰值和持续时间的晃荡冲击载荷作用下液舱围护系统结构动响应,得到了不同工况下结构的动态失效特性。最后,回归了基于比例极限和突变永久变形的临界压力载荷公式,并给出了液舱围护系统结构设计准则和安全性评估方法建议。     

冲击载荷作用下预紧力螺栓强度特性研究

对冲击载荷作用下的预紧力螺栓进行强度分析,对比分析螺栓联接结构在横向冲击和纵向冲击以及不同预紧力和不同冲击载荷工况下的螺栓强度和结构响应,验算了某舰用汽缸在冲击载荷作用下的螺栓强度。研究表明,螺栓联接在冲击载荷作用下,螺栓的应力响应随着预紧力的变化而变化,且受剪螺栓的预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大;受拉螺栓的强度会随着其预紧力的增大而变薄弱;同时受剪拉作用的螺栓,当预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大。     

基于CFD-非线性有限元双向耦合的集装箱船波浪下结构崩溃数值仿真

[目的]充分考虑载荷非线性和物面非线性因素的影响,研究集装箱船在波浪下结构响应及动态结构崩溃模式。[方法]首先,基于CFD平台建立船舶水动力模型,采用重叠网格法实现船体水动力模型动边界网格与远场流体域的欧拉网格间的匹配,在流体全域内采用流体体积法模拟自由面非线性,在流场全域内求解三维N–S方程,实时求解非线性波浪载荷;然后,建立可模拟船舯崩溃行为的船舶非线性有限元模型,基于显式动力学非线性有限元法计算包含塑性和屈曲的时域崩溃响应;最后,实现水动力模型与结构有限元模型在湿表面上的流体压力和节点位移的传递,以此进行CFD求解器与非线性有限元求解器间的双向迭代耦合,并实时计算4 600 TEU集装箱船结构崩溃过程中的非线性波浪载荷和结构崩溃响应。[结果]结果显示,在极端波浪下上部至中部结构广泛进入塑性状态,主甲板、舷侧板、甲板纵骨和舷侧纵骨等构件在波浪下出现明显的屈服及失稳,甲板纵骨和舷侧纵骨等骨材发生严重的侧向失稳,船体结构丧失了承载能力。[结论]所提方法可较准确求解结构响应及动态崩溃模式,可作为研究船舶结构崩溃响应的一种新方法。     

军用双体船抗冲击特性数值研究

为探讨军用双体船的抗冲击特性,采用通用软件ANSYS对典型双体船结构进行有限元建模,基于Geers and Hunter模型的冲击波压力计算方法,使用有限元软件ABAQUS中的声固耦合算法模拟水中冲击波载荷与结构的相互作用,提取设计工况下军用双体船典型部位的冲击时域响应,分析双体船冲击环境特征。通过对双体船典型部位进行强度分析,得出其抗冲击的薄弱环节是由其本身结构特性所决定,相应的计算结果可为双体船结构的设计与优化提供依据。     

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。     

一种新型舰船防护板的抗水下爆炸冲击性能研究

防护板在舰船上的应用非常广泛,它对于提高舰船抵抗水下爆炸冲击波载荷性能、抗碰撞冲击性能等都具有重要作用。利用薄壁圆管的吸能特性设计了离散型和紧密型圆管夹心板,使用大型非线性有限元软件MSCDytran建立水域、炸药及防护板的三维有限元模型,并进行水下爆炸数值计算,从板的吸能能力、加速度响应、变形量3个方面分析了2种夹心板和普通平板在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能。仿真计算结果表明,离散型夹心板的抗爆性能优于紧密型夹心板和普通平板。     

基于时域分析的设备抗冲击连接件简化方法

[目的]螺栓、柱销作为舰载设备安装的重要连接件,在评估过程中合理简化仿真的方法可显著节约计算成本,提高计算效率。[方法]基于设备抗冲击时域计算方法,选取含有大量螺栓和柱销连接件的某船用电机作为分析对象,首先采用Bushing单元对螺栓、柱销进行模拟,得到在冲击载荷作用下不同阶段设备连接的刚度特性及设备连接的等效动力学模型。然后,对电机进行时域仿真评估,将仿真结果与浮动冲击平台的实验结果进行对比,以验证简化方法的可靠性和有效性。最后,在此基础上分析得到大型设备连接件在冲击载荷作用下的失效评估准则。[结果]结果显示,仿真和试验得到的基础载荷与设备动响应值之间的偏差小于10%,表明简化方法有效、可靠。[结论]研究所得结果可为后续仿真分析提供一定的参考。     

带限位器的隔振系统抗冲击性能分析

在舰艇设备中,通常采用隔振系统来吸收冲击所带来的能量,为了使设备在受到冲击载荷时不发生过大变形,隔振系统常带有限位器。以单自由度单层隔振系统为研究对象,借助于ANSYS软件建立该系统的有限元模型,参考德国联邦国防军舰船建造规范BV 0430/1985标准确定隔振系统的等效冲击载荷谱,并将等效的双半正弦波加速度冲击载荷加载到有限元模型中,应用有限元分析方法分别对有、无限位器的隔振系统在冲击载荷作用下的时域响应特性进行数值仿真计算,计算得出隔振系统在冲击载荷作用下的相对位移和绝对加速度时域响应曲线,进一步分析得出使用限位器可以提高舰艇设备抗冲击性能的结论,可用于提高舰艇设备的可靠性设计。     

浮动核电站应急柴油发电机组基座抗冲击分析

船体承受的冲击载荷由基座传递至设备,为保证基座良好的冲击性能,设计合理的基座结构,进行减振器选型,并对基座进行抗冲击分析非常关键。以某型柴油发电机组基座为分析对象,利用Ansys软件建立柴油发电机组基座有限元模型,采用谱分析法和时间历程法进行抗冲击计算,并对这2种计算方法的计算结果进行对比;分析了机组采用弹性安装和刚性安装下对基座抗冲击性能的影响;讨论了减振器刚度对基座抗冲击强度的影响;通过有限元建模和冲击响应分析,对浮动核电站设备和基座的建模方式、抗冲击计算方法具有一定的指导意义。     

敷设抗冲覆盖层的双层圆柱壳抗冲性能研究

[目的]旨在研究双壳体潜艇非接触水下爆炸下的抗冲性能,提出在壳体表面敷设抗冲覆盖层的防护方法,以内壳冲击响应为评价指标,研究不同敷设方式下的抗冲击效能。[方法]采用声-固耦合法,建立外流场-外壳体-舷间水-内壳体的非线性流-固耦合冲击动力学模型,对内外壳外表面均敷设覆盖层（工况2）、仅内壳外表面敷设覆盖层（工况3）和仅外壳外表面敷设覆盖层（工况4）情况下的壳体冲击响应及覆盖层抗冲击效能进行对比分析。[结果]结果表明,对于工况2,内壳体迎爆面不同测点处的加速度、速度和位移峰值平均降低量分别达94.1%,81.2%和23.3%,周向和纵向微应变峰值平均降低量达67.7%和88.3%;对于工况3,相应值分别为60.4%, 45.4%和-2.1%,以及34.6%和68.0%;对于工况4,相应值分别达86.7%, 75.1%和20.3%,以及68.6%和77.8%。[结论]针对双壳体潜艇,在壳体上敷设抗冲覆盖层可有效降低内壳冲击响应,尤其是加速度和速度响应。在外壳体外表面上敷设覆盖层时的抗冲击效果更好。