泡沫铝填充圆管轴向动力屈曲及吸能特性研究

研究了泡沫铝填充圆管结构在轴向冲击下的动力屈曲和吸能特性.采用显式动力有限元方法,模拟了结构在轴向冲击作用下的动态屈曲,并从压溃力和比吸能2个方面分析了其吸能特性.研究表明,泡沫铝填充圆管在轴向冲击下会发生失稳现象,在实际应用中应采取保护措施.结构冲击吸能时,在相同冲击速率情况下,其吸能能力随冲击刚体质量的增加而提高.通过对填充圆管在不同冲击速率情况下的特性分析,表明其可用作塑性限位器.     

泡沫铝冲击吸能器应用设计

提出了采用泡沫铝冲击吸能器来进行舰船设备限位,研究了舰船隔振装置中泡沫铝冲击吸能器的定量化设计方法,给出了泡沫铝冲击吸能器参数的理论设计计算方法和设计计算流程,并将泡沫铝冲击吸能器理论量化设计方法和设计计算程序用于船舶单层隔振装置实例泡沫铝冲击吸能器的理论设计.针对单层隔振装置计算模型,采用设计计算方法确定了泡沫铝冲击吸能器的参数.     

带泡沫铝冲击吸能器的单层隔振系统隔冲效果评估

首先对舰船单层隔振系统中引入泡沫铝冲击吸能器进行了冲击试验,综合考虑最大加速度和最大相对位移2个影响舰船设备防护的重要指标,提出4个隔冲效果评估指标对该隔冲系统进行隔冲效果评估。实现了对舰船设备带泡沫铝冲击吸能器的单层隔振系统隔冲效果的有效评估,为泡沫铝冲击吸能器的选材、结构设计及工作间隙设计提供了指导依据。     

舰船设备冲击吸能器隔冲效果评估研究

为了选择合适的材料和结构作为冲击吸能器以提高舰船设备的抗冲击能力,对冲击吸能器隔冲效果的评估方法进行了研究,提出了隔冲效率、加速度响应不平稳度和压溃率3个评价指标,然后利用LS-DYNA分析软件模拟冲击环境,对泡沫铝、铝管和泡沫铝填充铝管3种材料作为吸能器时的隔冲效果进行了评估比较.研究结果表明,本文提出的评价指标很好地实现了对舰船设备冲击吸能器隔冲效果的有效评估,为冲击吸能器的合理选材和结构设计提供了依据.     

破片撞击下复合夹层板梯度泡沫铝夹芯吸能性能研究

为了掌握复合夹层板的梯度泡沫铝夹芯在受到高速弹片冲击时,梯度大小、方向对梯度泡沫铝芯层变形模式、吸能性能的影响,本文采用Abaqus建立梯度参数γ分别为-2.1,-1.5,0,1.5,2.1的二维Voronoi梯度泡沫铝有限元模型,梯度参数的设置考虑了梯度大小、方向的影响,冲击过程采用指数衰减速度冲击方法,研究冲击过程中不同模型的变形特征、动能以及内能的变化。研究结果表明,梯度泡沫铝靠近冲击端的上半部分贡献了应变的60%以上,该区域局部密度越大,梯度泡沫铝的能量吸收能力就越强。由于负梯度泡沫铝靠近冲击端区域密度最大,因而其吸收的内能高于均匀随机泡沫铝和正梯度泡沫铝,并且梯度大小|γ|越大,负梯度泡沫铝的吸能优势越明显。因此,将负梯度泡沫铝填充到船体夹层板中,可以提高船体夹层板的抗冲击性能。     

中高速弹体侵彻下泡沫铝夹芯结构抗侵彻性能实验研究

为研究泡沫铝夹芯结构各组成部分在中、高速弹体侵彻下的抗侵彻性能及破坏机理,分别开展泡沫铝芯材(I)、前面板与芯材(II)、芯材与后面板(III)以及泡沫铝夹芯结构(IV)4种靶板在中、高速弹体侵彻下的弹道冲击试验。分析夹芯结构的破坏模式、侵彻过程和抗弹性能。结果表明:在中、高速弹体侵彻下,泡沫铝芯材发生了胞壁的绝热剪切和撕裂破坏,存在前面板的泡沫铝芯材还发生了胞壁压实坍塌;前面板发生绝热剪切破坏,弹速较低时,弹孔周围将产生明显的碟形弯曲变形,板厚较大、弹速较高时弹孔边缘存在开坑唇边;后面板发生了局部碟形弯曲-贯穿破坏,板厚较小时,后面板还产生了花瓣开裂。泡沫铝芯材吸能较小,泡沫铝和面板组成的夹芯结构吸能明显提高。面板的存在提高了靶板的抗弹性能,前面板对靶板的抗弹性能影响大于后面板的影响。同一种形式的靶板在高速弹体侵彻下的抗弹性能明显优于中速弹体侵彻下的抗弹性能。     

中高速弹体侵彻下泡沫铝夹芯结构抗侵彻性能实验研究

为研究泡沫铝夹芯结构各组成部分在中、高速弹体侵彻下的抗侵彻性能及破坏机理,分别开展泡沫铝芯材(I)、前面板与芯材(II)、芯材与后面板(III)以及泡沫铝夹芯结构(IV)4种靶板在中、高速弹体侵彻下的弹道冲击试验.分析夹芯结构的破坏模式、侵彻过程和抗弹性能.结果表明:在中、高速弹体侵彻下,泡沫铝芯材发生了胞壁的绝热剪切和撕裂破坏,存在前面板的泡沫铝芯材还发生了胞壁压实坍塌;前面板发生绝热剪切破坏,弹速较低时,弹孔周围将产生明显的碟形弯曲变形,板厚较大、弹速较高时弹孔边缘存在开坑唇边;后面板发生了局部碟形弯曲-贯穿破坏,板厚较小时,后面板还产生了花瓣开裂.泡沫铝芯材吸能较小,泡沫铝和面板组成的夹芯结构吸能明显提高.面板的存在提高了靶板的抗弹性能,前面板对靶板的抗弹性能影响大于后面板的影响.同一种形式的靶板在高速弹体侵彻下的抗弹性能明显优于中速弹体侵彻下的抗弹性能.     

几种新型薄壁组合结构的轴向冲击吸能特性研究

金属薄壁管是一种有效的吸能结构,并且在吸能体系中得到了广泛应用.用非线性有限元方法研究了轴向冲击载荷作用下方形直壁管和锥壁管的吸能特性,基于提高结构的吸能能力的考虑提出了几种锥壁组合结构和具有引发机制的直壁组合结构.数值计算结果表明组合结构的吸能能力较之原始结构有显著提高.     

几种新型薄壁组合结构的轴向冲击吸能特性研究

金属薄壁管是一种有效的吸能结构，并且在吸能体系中得到了广泛应用。用非线性有限元方法研究了轴向冲击载荷作用下方形直壁管和锥壁管的吸能特性，基于提高结构的吸能能力的考虑提出了几种锥壁组合结构和具有引发机制的直壁组合结构。数值计算结果表明组合结构的吸能能力较之原始结构有显著提高。     

薄弱环节对复合材料吸能元件轴向压溃性能的影响综述

薄弱环节设置是复合材料吸能结构设计的关键技术之一,良好的薄弱环节设计可以使复合材料结构在碰撞中产生稳定的渐进压溃从而吸收较多的碰撞能量。文章详细阐述并讨论了复合材料吸能元件薄弱环节的几何特征、引发机制及薄弱环节对复合材料吸能元件轴向压溃性能的影响,并将现有的薄弱环节归纳为七种典型的形式。在此基础上,指出了今后需要进一步研究的课题,包括:应变率效应对薄弱环节引发机制及吸能元件轴向压溃性能的影响;T型薄弱环节的引发机制及其在复合材料圆管中的应用;SMA薄弱环节的原理和设计方法;三维编织复合材料结构元件的薄弱环节和轴向压溃性能。     

船桥碰撞中桥墩防撞装置性能研究

利用ANSYS/LS-DYNA显示非线性有限元软件,对天兴洲大桥某桥墩的防撞装置进行了船-防撞装置碰撞模拟,分析防撞装置在碰撞中结构的损伤情况和各构件的吸能特性,结合计算结果,对防撞装置提出合理的改进意见,以提高防撞装置的防撞性能。     

船桥碰撞下箱式防护装置的性能研究

借助ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件,对一艘20 000t级油轮与某箱式吸能防护装置的正撞过程进行有限元数值模拟,演示并分析了防护装置的受撞过程,碰撞中力和能量的时间历程、结构的损伤情况和防撞装置的作用,并对防护装置的结构尺寸及结构形式进行了分析,最终对合理的防护装置结构提出了一些建议,旨在优化防撞装置.     

大水位差框架墩式码头动力仿真分析

结合三峡库区某框架墩式码头工程,通过有限元动力仿真方法,利用非线性分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了船舶与独立墩式码头碰撞的有限元模型,模型中考虑了橡胶护弦的缓冲和吸能作用,更加真实地模拟出船-护弦-码头三者之间的相互作用.模型分析了船舶速度对墩式结构动力响应的影响.     

受侧向冲击的混凝土墩柱本构模型对比

采用ANSYS建模和LS-DYNA显式动力分析的方式,分别使用HJC、脆性损伤、盖帽和混凝土损伤等4种混凝土本构模型,对钢筋混凝土墩柱的侧向冲击过程进行仿真。从系统能量的角度验证数值计算的正确性;并将冲击过程中的冲击物块加速度和钢筋应变的历时值与试验值进行对比,进一步证实仿真计算的正确性。从各本构模型的计算结果、模拟所耗费的计算时间以及所需的参数数量等方面进行对比。     

开孔泡沫铝水下吸声性能实验

对水饱和与空气饱和开孔泡沫铝进行水下吸声性能实验研究,比较了厚度和3种不同背衬(空气背衬、水背衬和钢背衬)对其吸声性能的影响。实验发现,在500～4 000 Hz范围内,空气饱和开孔泡沫铝水下吸声性能相对较好,水饱和开孔泡沫铝的水下吸声性能很弱。厚度和背衬对空气饱和开孔泡沫铝的吸声性能影响明显,对水饱和开孔泡沫铝的吸声性能影响很小。水饱和开孔泡沫铝不宜用作水下低频吸声材料,而将空气饱和开孔泡沫铝用作水下吸声材料时,应采取有效的防护措施,避免水渗入内部。否则,开孔泡沫铝吸声性能将严重降低。     

船底座礁实验数值模拟中选择参数影响研究

非线性有限元方法是分析船舶碰撞和搁浅问题的一个强有力工具,但是数值模拟结果的可靠性很大程度上依赖于对工程问题的恰当处理和有限元软件中主要参数的准确控制.本文以某单壳船底结构准静态座礁实验结果为例,用非线性有限元软件LS-DYNA进行数值模拟,研究了下列选择参数对单壳船底结构抗撞性的影响:边界条件;船底结构的材料模型;壳单元类型;船底结构与礁石模型之间的摩擦系数;船底结构的残余应力.通过比较计算结果的碰撞力曲线,能量吸收曲线来评价这些参数对数值模拟的影响并给出了一些建议.     

A comparative study on the structural integrity of single and double side skin bulk carriers under collision damage

The primary aim of the present study is to investigate the collision resistance and residual strength of single side skin (SSS) and double side skin (DSS) bulk carriers subject to collision damage. The impact dynamics analyses were conducted using ANSYS LS-DYNA for the evaluation resistance forces, energy absorption and penetration depth for various collision scenarios. The struck vessels of Capsize SSS and DSS designs were assumed to be entirely standstill and the striking vessels of an Aframax-type oil tanker with different bulbous bow shapes were modeled as rigid bodies. The findings were compared, where possible, with existing analytical tools. Residual strength calculations on SSS and DSS vessels were computed corresponding to all considered collision damage scenarios. Traditional Smith's method was applied with the average stress — average strain relationships of elements based on derived semi - analytically. The effect of corrosion was also evaluated by Joint Bulker Project (JBP) Rules on the influence of plate and stiffener thickness. The safety of the vessels was determined as a ratio of the ultimate hull girder strength to bending moment in damaged condition. Finally, results and insights derived from the present work are summarized.     

SPAR平台上部模块就位安装过程的碰撞响应分析(英文)

In order to assess the possible collision effect, a numerical simulation for the upper module and spar platform docking at the speed of 0.2 m/s was conducted by using the software ANSYS/LS-DYNA, and the time history of the collision force, energy absorption and structural deformation during the collision was described. The purpose was to ensure that the platform was safely put into operation. Furthermore, this paper analyzes different initial velocities and angles on the Von Mises stress and collision resultant force during the docking collision. The results of this paper showed that the docking could be conducted with higher security. The data in this paper can provide useful references for the determination of the upper module's offshore hoisting scheme and practical construction by contrasting the numerical simulation results of the parameters on the docking collision.     

Collision analysis of the spar upper module docking

In order to assess the possible collision effect, a numerical simulation for the upper module and spar platlbrm docking at the speed of 0.2 m/s was conducted by using the software ANSYS/LS-DYNA, and the time history of the collision force, energy absorption and structural defonamtion during the collision was described. The purpose was to ensure that the platlbrm was safely put into operation. Furthermore, this paper analyzes different initial velocities and angles on the Von Mises stress and collision resultant force during the docking collision. The results of this paper showed that the docking could be conducted with higher security. The data in this paper can provide useful references for the determination of the upper module＇s offshore hoisting scheme and practical construction by contrasting the numerical simulation results of the parameters on the docking collision.     

Compression and hysteresis responses of multilayer gradient composite lattice sandwich panels

In order to improve the combat effectiveness, stealth and safety of the marine structures, we design and fabricate the multilayer gradient composite lattice sandwich panels (MGCLSPs) to achieve excellent mechanical properties, vibration isolation characteristics and lightweight features of structures in the present study. The ideas of bionic gradients and material mixtures are incorporated in the design to improve the damping and vibration isolation behaviors of the MGCLSPs. The compression and hysteresis responses of the empty and polyurethane foam-filled MGCLSPs are investigated experimentally and numerically. It is found that the MGCLSPs have better energy absorption characteristics than the non-gradient panels, and the MGCLSP specimen D1 which is positive gradient absorbs the most energy. The experimental results also show that the addition of polyurethane foam can enhance the strength and energy absorption characteristics of MGCLSPs.