混杂复合材料层合板弯曲刚度特性影响规律研究

针对均布载荷作用下混杂层合薄板弯曲刚度特性及其铺层优化设计问题展开研究。首先,基于经典层合薄板理论,以板中心挠度为弯曲刚度评价基准,分析表明影响弯曲刚度的主要因素为D11和D22;然后推导了混杂比ζ与弯曲刚度系数的关系式,分析结果显示,具有相同混杂比时,夹层混杂方式较层间混杂方式具有更为优异的抗弯刚度特性;最后,基于层合梁弯曲试验,测得了不同混杂比时T700/E800/350环氧夹层混杂梁的表观弯曲模量。试验与理论分析结果对比分析表明:夹层混杂结构弯曲刚度系数的理论计算可以预测层合薄板实际的弯曲刚度系数,相关理论分析结果可供混杂复合材料层合板抗弯刚度铺层设计提供理论依据。     

双层底肋板贯穿孔孔边应力数值仿真分析

船舶航行过程中,船体结构会受到总纵弯曲与舱外水压、货物载荷等组合载荷的交变作用,骨材开孔处会出现孔边应力集中,进而造成结构疲劳破坏的问题。针对船体骨材开孔结构开展典型载荷作用下的孔边应力分析。以船舶双层底结构为研究对象,开展典型弯曲、压缩载荷作用下的船舶双层底结构骨材开孔孔边应力分布有限元仿真研究,分析弯曲、压缩载荷作用下不同补强结构对孔边应力分布的影响,为船体骨材贯穿孔结构的优化设计提供参考。     

弯曲载荷下骨材贯穿孔孔边应力分布模型试验

考虑到疲劳裂纹主要发生在船舶结构高应力区域,骨材开孔会造成孔边应力集中从而造成疲劳破坏,影响船体结构的安全性,以船舶双层底结构为研究对象,开展模型试验对船舶双层底结构在典型弯曲载荷情况下的骨材开孔孔边应力分布情况进行研究,分析弯曲载荷下不同开孔形状以及不同补强结构对孔边应力分布的影响。试验结果与有限元仿真结果对比表明,二者具有相同的规律和趋势,证明用数值仿真的方法分析骨材开槽孔孔边应力集中问题是可行的。     

实肋板腹板开孔应力分析与补强措施

针对船体实肋板腹板开孔及几种不同补强形式,应用ANSYS软件进行有限元分析,计算比较几种补强措施的应力集中系数,得出合理的补强形式,对腹板开孔中心在纵向位置的变化进行讨论,提出设计建议。     

加筋圆柱壳开孔结构强度分析

加筋圆柱壳开孔结构是潜艇典型耐压船体的主要结构形式之一,如何避免在开孔周围造成应力集中,即开孔结构补强是工程中特别关心的问题。在设计过程中,因为要多次建模分析,会导致设计分析效率变低,所以开发了加筋圆柱壳开孔结构的参数化建模分析程序。基于参数化建模分析程序,讨论了多参数对于开孔周围应力集中的影响。     

爆炸载荷下复合材料层合板的抗冲击性能

研究复合材料层合板在爆炸载荷冲击下的抗冲击性能,并且讨论不同铝合金含量以及不同铺层类型的层合板试件。建立一种新型零厚度粘结层单元模型,可以准确地预测复合材料层间分层扩展。采用Johnson-Cook准则模拟铝板的损伤,Hashin准则模拟碳纤维的损伤,运用有限元软件Abaqus进行模型的仿真计算,并通过试验对比验证该模型计算的有效性。最后得出结论:在适当范围内,提高铝合金含量的比例,或者采用比较少的铺层数,可以很有效地减小爆炸载荷冲击引起的板件变形,减轻金属材料和纤维材料的损伤程度。但它们有负面效果,即会使板件吸能的能力降低。     

横向围壁设置对大跨度双层甲板弯曲特性的影响分析

针对大跨度单层甲板横向弯曲刚度偏弱的特点,探讨在2层大跨度单层甲板之间设置若干横向围壁,使其形成大跨度双层箱型甲板,并采用结构有限元数值分析方法对其进行计算,讨论设置横向围壁对大跨度双层甲板弯曲特性的影响.文中给出横向围壁间距与大跨度双层甲板变形和应力的关系曲线,引入了用于横向围壁结构初步设计的横向围壁载荷与其间距关系的有效承载系数.研究结果表明:设置横向围壁的大跨度双层甲板,可解决大跨度单层甲板横向弯曲刚度偏弱的问题.     

横向围壁设置对大跨度双层甲板弯曲特性的影响分析

针对大跨度单层甲板横向弯曲刚度偏弱的特点,探讨在2层大跨度单层甲板之间设置若干横向围壁,使其形成大跨度双层箱型甲板,并采用结构有限元数值分析方法对其进行计算,讨论设置横向围壁对大跨度双层甲板弯曲特性的影响。文中给出横向围壁间距与大跨度双层甲板变形和应力的关系曲线,引入了用于横向围壁结构初步设计的横向围壁载荷与其间距关系的有效承载系数。研究结果表明:设置横向围壁的大跨度双层甲板,可解决大跨度单层甲板横向弯曲刚度偏弱的问题。     

压载荷下骨材贯穿孔孔边应力集中模型试验

以船舶双层底结构为研究对象开展模型试验,研究板材中的开孔在承受压力载荷作用下的孔边应力分布情况,分析压力载荷下不同开孔孔型以及不同补强结构对孔边应力分布情况的影响。在此基础上,开展相关仿真分析,将试验结果与有限元仿真结果进行对比,验证有限元仿真的准确性。     

不同载荷形式下复合材料层合板渐进失效行为研究

近年来复合材料在船舶与海洋工程领域得到快速发展。船舶在服役周期内受载复杂,主要承载板材除受典型的面内拉压外载外,免不了遭受横向波浪载荷作用。研究复合材料层合板在不同载荷形式下结构的响应特征与损伤演化特性,有助于先进复合材料的性能评估及优化设计。本文采用三维实体单元及内聚力单元建立复合材料层合板模型进行计算分析,考察拉压载荷下层合板的极限承载能力与渐进失效过程,研究在横向载荷下层合板结构强度,对比分析其层内及层间损伤模式的差异性。     

复合材料圆柱壳的稳定性及其优化设计

本文利用一阶剪切理论和Reddy高阶剪切理论计算了考虑横向剪切变形影响的复合材料层合圆柱壳的线性失稳载荷和几何非线性失稳载荷。分析了壳体的几何参数、铺层数、铺层角、半径厚度比值对失稳临界荷值的影响。在铺层的优化设计中利用随机试验法与可变容差法相结合,探讨了寻求临界荷值最大的铺层角最优化问题,并利用约束非线性混合离散变量优化程度对铺层角为离散值的问题进行了优化。碳纤维环氧树脂圆柱壳模型试验表明本文计算结果是可靠的。     

基于有限元法的港机结构的开孔问题研究

港机设计过程中根据设计需要往往要在结构上进行开孔,而开孔后的产生应力集中现象会破坏结构强度。用有限元法分析开孔形状、尺寸和位置与结构应力集中的关系以及开孔后的补强措施来优化开孔设计,提高结构强度。     

一种新型复合舱壁结构的静力优化设计方法

针对一种新型的复合舱壁结构开展静力学分析和优化设计。首先求解了复合舱壁在横向载荷作用下的挠曲面近似表达式;其次将复合舱壁的屈曲解耦为钢板的屈曲和层合板的屈曲,并提出了两者屈曲载荷的匹配关系;最后,以重量最小为优化目标,开展了复合舱壁的静力学优化设计,建立了优化数学模型,并提出了优化流程：首先对层合板的铺层角度进行优化,然后根据钢板和层合板屈曲载荷匹配的原则,确定钢板和层合板的厚度,最后进行弯曲性能的优化,确定陶瓷绵的厚度。     

强力骨架梁腹板开孔有限元分析

针对舰船结构中强梁腹板特殊开孔引起的应力集中问题,应用有限元法分析了开孔的垂向位置、孔的宽度、孔的长度对强梁整体强度的影响,以及其最大应力发生位置的变化规律,讨论了3种常用开孔补强方法的补强效果,并提出了一些供实际结构设计的参考意见。     

开孔补强对受剪复合材料工字型梁腹板稳定性的影响研究

文章通过试验与数值仿真计算研究了开口与补强对复合材料工字型梁腹板稳定性的影响。含长圆形开口复合材料工字型梁腹板一端被固定在试验架上,另一自由端被施加竖向剪切载荷。运用有限元软件Nastran对两种不同类型的复合材料工字型梁腹板(带长圆形开口和带开口补强)进行仿真分析,利用线性屈曲计算得到屈曲荷载,通过非线性静力分析研究其后屈曲过程,并通过实验验证了数值模型和仿真计算结果。在非线性分析中对工字型梁载荷—挠度的响应进行了分析,并用"蔡吴失效准则"预测了工字型梁的首层破坏载荷。研究结果表明:工字型梁腹板的长圆形开口周边应力/应变集中现象显著,应变值为非开口区域的三倍以上;插层补强能有效地降低口边应力/应变集中程度,同时使其结构稳定性承载力提高88%,极限破坏载荷提高了46.3%。本研究可为指导含孔梁腹板结构优化设计及其在实际工程上的选型应用提供试前分析依据和参考思路。     

关于在桁材腹板上开电缆和管子孔的探讨

本文根据船舶电缆、管系在桁材腹板中开孔进行光弹性试验的结果和对国内外船舶在船体结构中开孔的归纳分析作了系统的讨论,得出了开孔附近区域的应力分布、应力集中系数和合理补强方法等有价值的数据。     

圆柱壳大开孔补强的应力集中分析

针对潜艇耐压壳体上大开孔补强处的应力集中现象,结合工程实际问题,采用规范和有限元法对潜艇耐压壳体上大开孔不同补强形式进行了研究,建立了相应的模型,并求出了应力集中系数。通过对两种方法的计算结果进行分析比较,发现当围壁加强时,最大周向应力处的弯曲应力不容忽视。结果说明,用有限单元法进行大开孔补强结构设计是合理、有效的,是对规范计算的完善和补充。     

沉箱开孔形式对波浪反射的影响试验研究

为了降低码头前沿的波浪反射作用、改善船舶靠泊作业的泊稳条件,开孔沉箱越来越多地被应用在直立码头工程中,但相关行业规范尚缺少对沉箱开孔形式的系统性说明。以大连港大窑湾港区四期工程为例,通过物理模型试验,重点分析不同沉箱开孔形式对不规则波作用下码头前沿波高反射系数的影响。结果表明：短周期波浪通常比设计波浪情况下的反射系数要小;试验断面的消浪性能在设计低水位附近最为理想;沉箱胸墙设置消浪腔对减小断面波浪反射的效果不明显;波浪反射系数主要取决于开孔率。     

弧线导航墙改善船闸引航道口门区水流状态试验

对弯曲河道船闸下游的引航道设计形式进行试验研究,提出引航道采用弧线型设计较之直线型设计能有效减小口门区横向流速、纵向流速,改善水流状态.并讨论了弧形导航墙张角的大小和弧度的大小对下游口门区水流状态的影响.     

新型超大型浮式海上基地消浪室方案试验研究

新型超大型浮式海上基地（VLFOB）设计采用了由两层直立开孔式消浪墙组成的消浪室结构。根据内、外消浪墙开孔率的不同,提出6组消浪室方案。通过模型试验研究,对比分析不同消浪室方案下的消波效率和VLFOB水动力性能,结果表明：一般地,消浪室开孔率越小,消波效率越高,VLFOB的纵荡幅值和系泊力越大,单体间连接载荷相对较大;相同消浪室方案下,入射波能级提高使得消波效率降低;采用内外开孔率分别为0.16和0.24的消浪室方案,不仅消波效率较高,而且单体间的连接载荷也较小。