复合材料桅杆抗空爆性能研究

采用等效分析方法模拟复合材料桅杆上夹层板结构在空中非接触爆炸载荷下的毁伤形式,根据模拟海战设置工况,计算得到桅杆在空爆载荷下的动态响应,并由所得数据统计出了不同爆距下的抗冲击极限.同时,改变桅杆材料构成,优化结构形式,提高桅杆抗爆性能.为复合材料桅杆抗空爆性能的研究提供了参考,并为桅杆结构的设计提供了理论依据.     

压缩载荷下钢质I型夹层梁极限承载能力分析

钢质Ⅰ型夹层结构作为一种潜在广泛应用于船舶工程的结构,其极限承载能力备受关注.本文研究压缩载荷下钢质Ⅰ型夹层梁的极限承载能力,设计并开展缩比模型试验,掌握了钢质Ⅰ型夹层梁结构的极限承载特性.同时,建立了分析压缩载荷下钢质Ⅰ型夹层梁极限承载能力的有限元模型,通过与试验数据对比,验证了数值预报结果的有效性.利用数值模型,探讨了钢质Ⅰ型夹层梁模型各部件厚度对其极限承载能力的影响规律.结果表明,改变下面板厚度对极限承载能力的影响最为敏感,芯层壁厚次之,而上面板厚度最为不敏感,相关研究结果对钢质Ⅰ型夹层结构的工程应用具有一定的指导意义.     

复合材料波纹夹层结构的弯曲性能研究

采用单向碳纤维预浸料制备复合材料波纹夹层结构,对其开展三点弯曲试验与有限元仿真计算。试验结果表明,复合材料波纹夹层结构在三点弯曲载荷作用下依次出现了局部损伤、分层失效和纤维断裂3种失效模式。复合材料波纹夹层结构层数越多,相对密度越大,其失效载荷就越大,抗弯曲性能越好。当相对密度从9.55%增加至15.34%时,极限载荷增加了1035.7 N;当相对密度从15.34%增加至20.72%时,极限载荷增加了1070.2 N。同时借助有限元软件进行数值计算,并将数值计算结果与试验结果进行对比,二者吻合较好,引申探讨了不同芯层几何构型对弯曲性能的影响。     

压缩载荷下金属波纹夹层梁稳定性试验与数值分析

针对一个激光焊接金属波纹夹层梁模型,设计轴向压缩载荷下稳定性试验方案,通过试验获得夹层梁结构失稳临界载荷（极限载荷）及破坏模式。采用有限元软件ANSYS计算、探讨轴向压缩载荷下夹层梁结构的稳定性,数值计算结果与试验结果吻合较好。最后,对夹层梁结构在轴向压缩载荷下的临界失稳承载能力进行参数化分析。计算结果表明：在增加相同重量的前提下,增加下面板的厚度或芯层的厚度更有利于提高夹层梁结构的轴向临界失稳承载能力。     

复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度研究

随着复合材料船舶建造尺寸越来越大,结构极限强度评估具有重要意义。本文基于后屈曲理论,通过渐进失效分析方法对复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度展开研究。首先通过与相关复合材料层合板试验及数值仿真结果进行对比,验证了本文渐进失效分析方法的准确性。然后,以复合材料夹层板架结构作为船舶上层建筑并考虑其受力特性,对具有初始缺陷且在轴向和侧向压力同时作用下的复杂受力状态的夹层板架结构进行计算,得到夹层板架结构的首层失效强度以及最终承载能力,并对失效位置做出预报。     

夹层板复杂弯曲极限强度性能研究

夹层板结构被广泛用于舰船和海洋工程,其结构在复杂弯曲状态下的极限强度能够反映其在面内载荷与面外载荷共同作用下的承载极限,因此,复杂弯曲极限强度对于夹层板结构的安全性能评估越来越重要。通过夹层板结构在初始弯曲状态下的轴向压缩试验和数值模拟,分别得到其载荷位移曲线,并分析该夹层板的极限强度特性。结果表明：在轴向压缩载荷达到极限载荷前,夹层板的轴向位移增长缓慢,一旦超过极限强度,结构的承载能力迅速降低,并伴随着位移的缓慢增长直至夹层板开裂破坏;夹层板的主要破坏模式为蒙皮与芯材分层以及芯材压缩破坏;数值计算结果与试验结果吻合较好,可用于指导夹层板结构设计。

     

外接平板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,其连接形式是亟待解决的关键问题之一。基于有限元分析软件ANSYS,研究了面内载荷作用下,I型金属夹层结构外接平板型连接构件的失效模式和极限承载能力,以及5种典型初始缺陷的尺寸和连接构件的设计参数对极限载荷的影响规律。结果显示,连接构件较短时,结构失效的主导因素是焊接接头形成了塑性铰;连接构件较长时,主导因素是连接构件失稳。对于各种类型的初始缺陷,随初始缺陷尺寸的增大,极限载荷均降低;连接构件、以及靠近连接构件的夹层面板和夹层腹板的初始缺陷对极限载荷的影响较大。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厚度,并选取合适的连接构件长度。     

四点弯曲载荷下金属波纹夹层梁极限承载能力试验与数值分析

针对激光焊接金属波纹夹层梁模型,进行四点弯曲试验,获得夹层梁结构的破坏模式。采用有限元软件ANSYS,分析四点弯曲载荷下该结构的极限承载能力,结果表明,数值计算结果与试验结果吻合良好。进一步分析波纹夹层梁上面板厚度、下面板厚度、芯层板厚度及芯层高度对其极限承载能力的影响。数值结果表明:在增加同等质量以提高波纹夹层梁的结构极限承载能力时,增加芯层高度和上面板厚度是较为有效的方式,相比之下,增加芯层厚度或下面板厚度对提高极限承载能力的效率要低一些。     

风载作用下综合集成桅杆动态特性实验研究

综合集成桅杆采用复合材料层合板制造,在风载下的动力性能相比传统桅杆有很大改变.通过水池拖曳实验模拟桅杆受风载时的动力特性,测试压力和加速度等动态响应,分析复合材料层合板的力学特性,并与数值计算结果进行对比分析.结果表明:综合集成桅杆在迎风时的动力响应最大;桅杆复合材料层合板的实验值和计算值吻合良好,其应力值和位移值随载荷的增加呈线性变化,桅杆在流体中运动时不会发生共振.     

复合材料—钢混合结构封闭式桅杆振动特性研究

由于隐身性的需求,复合材料—钢混合结构的封闭式桅杆逐渐在舰船上使用。开展了复合材料—钢混合结构封闭式桅杆的模态试验,通过实验检验了桅杆数值计算模型,并采用数值方法研究了雷达罩复合材料夹层板板厚对桅杆和顶部雷达罩振动特性的影响规律,通过研究发现复合材料夹层板振动特性良好。此外,根据八边形桅杆的数值计算结果提出了雷达罩总体和局部振动频率的预测方法,通过四边形和六边形桅杆的检验,证明此种预测方法具有普遍意义,为封闭式综合集成桅杆的结构设计提供了有益的参考。     

超大型浮体柔性夹层连接器力学性能研究

考虑连接器作为超大型浮体最为薄弱的构件之一,研究带有柔性夹层连接器的力学特性,旨在明确柔性夹层对连接器的刚度和应力变化的影响.通过建立钢与柔性夹层的本构模型,采用接触力学分析手段,对连接器进行力学分析,分别获得超弹性橡胶和尼龙作为柔性夹层时连接器的力学特性和刚度变化曲线,并获得不同厚度,初始弹性模量和泊松比对这一结果的影响程度.分析发现,超弹性橡胶与尼龙对于连接器的应力大小具有显著影响,采用超弹性橡胶和尼龙夹层时,连接器的应力水平与应力分布也明显不同,同时材料参数的变化对于连接器的刚度变化影响较大.可根据实际需要,对柔性夹层材料进行参数优化,既得到合理的连接器刚度,又将连接器应力水平控制在合理范围内.     

SIO2气凝胶毡/陶瓷棉/高强聚乙烯多层复合抗弹结构隔热性能试验

为研究高强聚乙烯在高温条件下使用的适用性,以及SiO₂气凝胶毡和陶瓷棉的隔温性能,提出SiO₂气凝胶毡/陶瓷棉与高强聚乙烯紧密贴合无间隙复合舱壁结构的方案,对结构单元进行模拟标准火源的耐火试验研究,分析耐火材料的失效模式以及不同耐火材料厚度对夹芯结构的影响规律,探讨复合结构舱壁在满足耐火要求的前提下面密度和结构整体厚度的实用性。试验结果表明：适当厚度的SiO₂气凝胶毡和陶瓷棉均具有较好的耐火隔温性能,适当增加隔温层厚度能明显提高复合舱壁结构的热防护效果;达到相同隔温效果所需要的SiO₂气凝胶毡比陶瓷棉薄,就面密度和结构整体厚度而言,SiO₂气凝胶毡更有优势;在带陶瓷的夹芯结构中,陶瓷也能起到一定的隔温作用,综合优化此复合舱壁结构能有效提高舰船舱壁的防护性能。     

轻质高强点阵材料及其力学性能研究进展

  目的  为了解玻璃纤维/树脂复合材料夹层板在弯曲载荷作用下的能量耗散机制,从能量耗散角度开展数值模拟分析和试验研究。  方法  基于有限元软件ABAQUS建立玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层板的有限元分析模型,对三点弯曲试验中典型的破坏模式和能量耗散机制进行模拟分析,将数值模拟结果与试验结果进行对比。在数值模型有效性分析的基础上,进一步分析面板和夹芯层厚度对玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层板力学承载性能和能量耗散机制的影响。  结果  结果表明,增加表层复合材料面板厚度能够更大程度地提高玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层板的比吸能效率。  结论  研究成果可为玻璃纤维/树脂复合材料泡沫夹层结构的工程防护应用设计提供参考,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

带有大开口的玻璃钢游艇舷侧夹层板架结构强度分析

为了避免玻璃钢游艇在角隅区域产生疲劳裂缝,对船体结构造成危害,需要对该部位进行强度校核。在研究玻璃钢游艇的基础上,用ANSYS软件建立大开口舷侧板架有限元模型,采用层合壳单元处理复合材料和复合材料夹层结构并计算分析其结构强度,试航结果表明,计算结果可靠。     

复合抗弹结构设计及隔热性能验证

超高分子量聚乙烯纤维增强塑料(UFRP)层合板具有良好的抗侵彻性能,但受温度影响明显,其热损伤的临界温度仅为147℃.为了避免火灾产生的高温使UFRP层合板失去抗弹性能,设计了以船用钢为前/后面板,SiO2气凝胶毡为隔热层,UFRP层合板为抗弹层的复合抗弹结构.在A60耐火等级标准条件下,对复合抗弹结构的有限元模型进行瞬态热分析,探索了复合抗弹结构内部的温度分布与SiO2气凝胶毡隔温层厚度的关系.根据有限元仿真结果,近一步对SiO2气凝胶毡隔热层厚度为20 mm的复合抗弹结构单元开展耐火试验.结果表明:SiO2气凝胶毡具有良好的隔热性能,在A60耐火等级标准条件下,保持复合抗弹结构中UFRP层合板抗弹性能完好所需的SiO2气凝胶毡隔热层厚度至少为20 mm.     

Research on the fragment impact resistance of a composite mast

Due to the unique structural mode and material property of a composite sandwich plate, related research such as fragment impact resistance of a composite mast is short of publication and urgent in this field. In this paper, the commonly accepted sandwich core board theory was modified. Damage caused by a fragment attack was simulated onto a sandwich plate model built with solid and shell elements. It was shown that shear failure and vast matrix cracking are the main reasons for outer coat damage, and tension failure and partial matrix cracking are the cause for inner coat damage. Additionally, according to complexities in actual sea battles, different work conditions of missile attacks were set. Ballistic limit values of different fragment sizes were also obtained, which provides references for enhancing the fragment impact resistance of a composite mast.     

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。