五模点阵环状结构在碰撞冲击作用下的动态响应特性

基于坐标变换理论和五模特征参数设计，采用增材制造技术制作五模点阵环状试验模型。通过落锤冲击试验发现，模型内环迎冲面的应变峰值远小于背冲面，这与传统环状结构明显不同。进一步仿真发现，五模点阵环状结构可将迎冲面的应力波向两侧“疏导”，从而表现出显著的绕射效果。与等质量的实心圆环相比，试验模型内环迎冲面的应变峰值最大可减小65.7%，应力峰值可减小70%以上。通过绘制五模点阵胞元的频散曲线，获得表征冲击能流特征的群速度分布规律。在此基础上，研究等效力学参数圆环的群速度各向异性程度对能流矢量的影响，为潜艇结构抗冲击防护提供参考。     

基于边界元方法的气泡脉动诱导壁压特性

针对圆柱壳结构在水下爆炸气泡脉动载荷作用下的诱导壁压特性,采用Geers-Hunter模型得到气泡脉动运动,在势流假设下采用边界元方法建立了水下爆炸气泡脉动载荷壁压计算方法,通过对不同水下爆炸工况进行计算分析发现:圆柱壳表面的气泡诱导壁压有明显的绕射现象,在爆距较小时迎爆面气泡脉动诱导压力峰值要远大于背爆面压力;在圆柱壳轴向上随距中心点距离的增大绕射特性逐渐减小,壁压向自由场压力逼近。所得到的方法和规律可为潜艇抗冲击设计和评估人员提供参考。     

水下单壳体结构抗爆性能仿真分析

采用ALE流固耦合技术,以水下单壳结构和同等排水量水下双壳结构为仿真模型,讨论了双层壳体结构非耐压壳的2种处理方式对双壳结构抗爆性能的影响,比较了相同排水量的单壳结构模型与双壳结构模型的抗爆性能。结果表明,在同等冲击因子爆炸载荷作用下,与双层耦合方式相比,双壳结构的单层耦合方式预报得到的结果偏于危险,相同排水量的单壳结构模型迎爆面的径向挠度高于双壳结构模型径向挠度,而单壳结构的最大塑性应变却低于双壳结构,单壳结构模型迎爆面结构变形较为均匀,具有相对较好的抗破损性能。     

基于DPDM技术的砂土直剪试验剪切过程的应力场分析

通过直剪半模试验,结合数字照相变形量测DPDM(The digital photogrammetry for deformation measurement)技术,对砂土在直剪试验中的应力应变场进行了分析。采用数码相机对半模试验过程中砂土的剪切面运动进行全程拍摄,应用DPDM技术对拍摄结果进行处理,得出土体的位移场云图,阐述单调加荷条件下直剪试验过程中土颗粒的轨迹运动以及剪切带的应力应变,对剪切过程中的土颗粒位移进行定量研究,为砂土在直剪剪切变形和土位移结构变化间的定量关系提出了一条可行的途径。     

大型回转负载陆上弹射重复使用性能研究

大型回转负载作为陆上弹射试验中的发射主体,其发射后跌落至落地区所受的冲击载荷分布情况,将直接影响到其主体结构是否可以重复使用。本文利用MSC.Dytran软件,通过对大型回转负载结构进行流固耦合数值仿真计算的方法,研究结构和发射姿态等对负载跌落时的关键部位强度、整体应力和应变等的影响。研究结果表明,大型回转负载局部弱连接结构,可充分消耗其跌落至落地区所受到的冲击载荷,保护主体结构;沿负载应力分布方向密度递增式加强筋分布,可确保整体结构强度;发射角越大,跌落时负载受损情况越小。数值仿真结果和实际的试验结果均表明,通过结构优化设计,可使大型回转负载实现陆上弹射试验后的重复使用,能够大幅降低试验和制造成本。     

焊接残余应力对灰铸铁焊接冷裂纹的影响

采用灰铸铁试样,以焊接冷裂纹三要素中的拘束应力和组织结构为研究方向,采用直Y型坡口焊接裂纹试验法,研究了焊接残余应力对灰铸铁焊接冷裂纹的影响.研究结果表明:焊后通过对焊缝进行全覆盖超声冲击,一方面可以大幅度改善焊接结构的残余应力,经超声冲击处理后的试样焊缝测量点的残余应力σ1分别为-53MPa、-57MPa,σ2分别为-37MPa、-80MPa;另一方面可以加速焊缝石墨球化过程,消除半熔化区白口组织.因此焊后合理的超声冲击处理能够从拘束应力和淬硬组织两方面抑制焊接结构冷裂纹的产生.超声冲击处理减少焊接残余应力的效果和热处理相似.     

玻璃纤维增强乙烯树脂复合材料层合板锥形冲头碰撞试验研究

利用自行设计的摆锤试验装置,对玻璃纤维增强乙烯树脂复合材料层合板结构开展了低速碰撞试验研究。通过对比分析冲击力、试件背面中心点位移以及采用超声C扫描定损技术,对复合材料层合板的损伤特性进行了详细分析。试验表明,在一定碰撞能量下复合材料层合板受冲击面出现明显损伤,同时伴随着内部大范围的分层损伤现象的发生;随着碰撞能量的增加,层合板受冲击面损伤程度随之增加,背冲击面也由无明显损伤到出现基体开裂和纤维断裂的现象变化;层合板内部分层的面积与其吸收的能量有关。     

钢框架-防屈曲支撑结构抗震性能的振动台试验研究

为了研究防屈曲支撑结构在地震作用下的抗震性能,采用低屈服点钢材制作内芯板,设计和加工制作了1/4缩尺的钢框架-防屈曲支撑试件,对其进行3种不同地震波作用下的振动台试验,分析了该结构在不同等级地震波作用下的破坏形式、动力特性、加速度响应、层间位移角、应变等力学性能.结果表明:在不同强度地震波作用下,各构件均没有明显的破坏现象.试件的初始基本自振频率为23.12 Hz,初始阻尼比为2.78%.随着加载的峰值加速度增大,自振频率逐渐降低,但阻尼比逐渐增加.试验结束时,试件的刚度退化率为5.4%.结构的加速度放大系数随地震强度的增大而减小,且二层的加速度放大系数大于一层.结构的最大层间位移角在小震和大震下分别为1/3 000和1/314,满足结构抗震设计要求.框架梁和柱各测点的应变随地震峰值加速度的增加逐渐增大,且应变变化趋势在工况5之前呈线性变化,之后呈非线性变化.     

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。     

船体焊接残余应力的数值分析

船体在焊接过程中产生的焊接残余应力不仅会降低船体结构的性能,还会使得建造精度难以控制,从而最终影响到船舶建造质量.本文以热弹塑性理论为基础,利用ANSYS非线性分析有限元程序,对船体结构焊缝进行了数值分析,获得了焊接顺序、构件尺寸对残余应力分布的影响规律.分析结果显示,分段焊接可以有效降低残余应力的峰值,尤其是对控制横向残余应力更为明显,焊缝方向上的残余应力会造成较大的残余变形.本文研究结果为优化生产工艺,控制残余应力提供了理论依据.     

台阶式加筋土挡墙结构特性研究

对高度大于12m的加筋土挡墙,规范要求设置错台,但结构仍按不设错台计算,这明显存在理论缺陷。本文建立直立式和台阶式格栅加筋土挡墙有限元模型,对其结构特性进行有限元动力分析,研究表明:在加载条件相同的条件下,台阶墙与直墙相比具有墙体变形小、应力分布均匀和承载能力大等优点;但其潜在破裂面与规范推荐的0.3H破裂面假定有较大差异,并随着台阶宽度的变化而变化。因此,基于台阶式加筋土挡墙结构特性,研究并提出适合不同台阶宽度的加筋土挡墙潜在破裂面的合理计算模式,对于完善加筋土理论和工程设计规范具有重要意义。     

长江中游河漫滩滩面守护结构试验研究

以长江大马洲水道为原型,将植草格作为新型守护结构形式引入护滩工程。结合丙寅洲外滩滩面的水流和泥沙运动特点,建立概化水槽模型,进行了植草格对水流结构的影响及滩面防冲刷效果的试验研究。铺设植草格后滩面近底流速明显降低,对格内回填沙的稳固作用较为明显,为植草格内植被的生长提供了良好条件。在丙寅洲上游段外滩滩面流速较大的区域,采取植草格生态守护措施是可行的。     

二级沙波水流特性的大涡模拟

采用FLuent软件平台大涡模拟方法(LES)对二级沙波水流特性进行数值模拟,进出口边界采用周期性条件以模拟一系列沙波。通过与水槽试验数据对比发现,模拟计算结果与试验数据吻合较好,在此基础上对3种不同水平位置处的二级沙波进行模拟。计算结果表明:当二级沙波距一级沙波波峰较远时,二级沙波对一级沙波起遮掩作用,使得一级沙波回流区范围减小,垂向负流速区更加接近一级沙波波峰,同时二级沙波背流面的水流会对一级沙波迎流面形成侵蚀,进而减小一级沙波尺度;当一、二级沙波接近融合或融合时,两者之间的非线性相互作用使得回流区范围扩大,紊动增强。Q准则等值面显示,二次沙波的叠加增强了沙波涡旋结构的尺度和强度。     

球形炸药水下爆炸的舰船空化效应研究

运用通用软件MSC.Dytran建立舰船、炸药和水域的有限元模型,并利用该软件进行有限元分析,准确地模拟出了爆炸冲击波在水中的传播过程、空化效应以及整船结构的动态响应,为舰船的抗冲击性能分析提供了输入条件。通过数值模拟可知:炸药水下爆炸后产生的冲击波会以球面波的形式传播开来,速度接近水中声速;冲击波的瞬时压力与时间的关系呈指数分布,但在水面附近由于空化效应迅速衰减,与库尔理论吻合较好。水中爆炸产生的冲击波是影响舰船冲击响应的主要因素,尤其是冲击波的垂向作用影响更大;冲击载荷主要作用集中在舰底,其所承受的应力要比上层建筑大很多,全船的最大应力就集中在船肿的迎爆面位置。水下爆炸产生的冲击波最先作用到舰底,接着冲击振动通过舰船的垂向结构会向上层快速传递,一直传到甲板和上层建筑为止,与此同时垂向结构也会降低冲击振动的强度,所以舰船上层构件所受到的冲击响应会小于舰船底部或舰船舭部,并呈逐步减小的趋势。     

疏浚饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响

针对黄骅港区饱和密实粉土,通过三轴剪切试验以及原型耙齿切削试验,研究饱和密实粉土剪胀特性及其对耙齿切削阻力的影响。三轴试验结果表明,黄骅地区饱和密实粉土在剪切过程中表现为应变软化性状,偏应力峰值与围压之间基本呈线性关系。在剪切过程中,土体先剪缩后剪胀,随着围压的增大,剪缩性状体现得越来越明显,应力应变性状可划分为4个不同阶段。原型耙齿切削试验结果表明,饱和土较非饱和土切削阻力增长得更快;饱和土切削阻力最大值为非饱和土切削阻力最大值的2.7~3.3倍;对于饱和土,切削阻力达到稳定值后,其波动幅度较非饱和土要大。上述试验结果均表明,土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响十分显著,须采取相应的措施来降低土的剪胀性对于耙齿切削阻力的影响。     

基于新海凤轮的艏喷喷头优化设计与产量分析

随着“一带一路”战略的实施,国际化疏浚工程市场进一步发展,吹填工程质量要求进一步提高,针对斯里兰卡科伦坡港口城项目,文章基于“新海凤”轮耙吸挖泥船,采用SPH光滑粒子法,建立艏喷计算模型,对进口端、变径段、过渡段和出口端不同的8种艏喷喷头进行流场特性分析与产量分析。结果表明：通过收缩喷头进口端管径或者增大出口端直径,可有效降低结构中的峰值应力,减缓泥浆粒子对管道的冲击,增强泥浆喷射凝聚度;喷头出口端直径对喷头的流体特性影响较大,适当增加过渡段长度可有效改善喷头喷射效果;出口端直径545mm、进口端直径1000mm、过渡段长度150mm的艏喷喷头,喷射特性较好、综合性能最佳。     

倾斜岩面深大圆形锚碇基坑支护 结构受力与变形特性研究

镇江某大桥锚碇基坑属于国内外少有的超深超大圆形嵌岩基坑,依据倾斜岩层走向首次采用台阶状不等高地下连续墙支护方案、基岩为五级阶梯开挖.针对此特色工程,采用三维有限元分析方法模拟了基坑开挖过程中支护结构的受力与变形特性,并与现场监测数据进行对比验证.结果表明:拱效应显著减小了墙体竖向应力和径向位移,降低了不对称荷载的敏感性.阶梯岩面与嵌岩地连墙的组合嵌固作用显著,位移反弯点明显上移.支护结构竖向应力较小,主要以环向受压为主;在倾斜分布岩层影响下,墙体径向位移、地连墙及内衬环向应力从上游侧到下游侧呈增大趋势.数值分析结果与实测数据吻合较好,总结得出的倾斜岩面深大圆形基坑支护结构的受力与变形规律可为今后类似工程设计与施工提供参考依据.     

多元荷载作用下软基深水高桩码头结构承载特性研究*

软基深水高桩码头结构受到恶劣外海环境荷载及复杂工作荷载等多元荷载的共同作用。研究表明,船舶撞击荷载是该结构水平向控制荷载,但波浪长期循环荷载作用会引起桩周土体软化,进而导致码头结构在其它荷载作用下承载特性的劣化。鉴于此,首先基于ABAQUS有限元软件建立了深水高桩码头结构-地基土体相互作用的三维弹塑性有限元模型;然后,借助USDFLD子程序实现了同时考虑土体强度弱化和刚度衰减的模拟,进而开展了未考虑土体软化、仅考虑土体强度弱化、仅考虑土体刚度衰减以及同时考虑土体强度弱化和刚度衰减对码头结构承载特性影响的对比分析。研究结果表明,与未考虑土体软化时撞击荷载作用下码头结构安全系数相比,仅考虑土体强度弱化时其值降低14.72%,仅考虑土体刚度衰减时其值降低15.28%,同时考虑土体强度弱化和刚度衰减时其值降低19.44%,且考虑土体软化后桩周土体的塑性应变范围明显增大,极限状态时桩身应力值减小,结构稳定性显著降低。     

波流耦合作用下高桩挡板透空式防波堤水动力特性研究

基于开源程序OpenFOAM^?开发求解器,建立了波流耦合作用下高桩挡板透空式防波堤水动力特性的三维数值分析模型,模型引入了界面几何重构方法,使捕捉到的水气界面更加平滑,采用修正后的k-ω湍流模型,可有效解决长时间模拟中由于高估湍动能和涡黏系数引起的波高衰减问题。采用物理模型试验数据和文献数据验证了三维数值波流水槽的合理性。通过算例分析,研究了波流耦合作用下高桩挡板透空式防波堤结构的水动力特性。分析结果表明：单独水流作用下,高桩挡板透空式防波堤前方水位会升高,后方水位会降低;波流耦合作用下,高桩挡板透空式防波堤挡浪板下方和防波堤后方自由面附近流速明显增大,水平流速沿水深方向先增大后减小,挡浪板和胸墙附近的动水压力显著增大;波流耦合作用下结构物前后波能随波频的分布规律与波浪单独作用下相似,但透射波能量和幅值显著增大。     

铝/钢复合过渡接头焊接温度场及性能试验研究

本文通过试验方法对比研究了焊接热循环对三种应用于舰船铝合金、钢质结构连接的铝合金-钢复合过渡接头温度场及界面结合性能的影响。在前期研究的基础上,试样依次采用铝合金TIG焊、MIG焊实现过渡接头与铝合金板材之间的焊接。过渡接头复合界面的温度场及焊接前后界面结合性能测试结果表明：焊接热循环对过渡接头复合界面剪切强度及厚度方向的抗拉强度具有显著的影响。同一焊接条件下,焊接热循环在新型四层复合过渡接头界面上产生的温度峰值明显低于目前广泛应用的两种三层复合过渡接头,四层复合过渡接头焊接前后的性能也大大高于后者,即使采用小宽度焊接试样,其焊后性能仍能满足舰船设计指标要求。因此,是能满足“更高施焊温度、更大应力承载、结合界面更强和更高结构韧性”要求的新型铝合金、钢结构焊接连接用过渡接头。