深水环境下双层圆柱壳结构受撞数值仿真

水下运载器一旦受到物体撞击造成破舱进水,后果不堪设想.为了提高水下运载器的结构安全性,选取其典型耐压结构形式--双层圆柱壳结构为研究对象,采用MSC.Dytran非线性瞬态动力学分析程序,分3种撞击环境:流固耦合与深水静压联合作用、单深水静压作用以及单流固耦合作用,对双层圆柱壳结构受物体撞击的损伤过程进行数值仿真.通过对计算结果的对比分析,研究了深水压力及流固耦合作用对受撞结构的损伤变形、撞击过程中的能量转换和撞击力的影响.本文的研究成果,可为水下运载器的碰撞研究及抗撞结构设计提供借鉴.     

加筋圆柱壳水下爆炸动响应数值模拟

圆柱壳是潜艇和海洋工程结构物广泛采用的结构单元,研究其水下爆炸动响应有助于深入了解圆柱壳结构的失效规律和机理,对于提高潜艇的生命力和战斗力有着重要的意义.本文首先研究了采用ABAQUS软件的水下爆炸载荷模型和计算参数的选取范围,然后选取加筋圆柱壳舱段为研究对象进行水下爆炸数值模拟,计算得出基座的冲击环境与试验数据吻合良好.本文进一步对圆柱壳在水下爆炸条件下的动响应规律进行了研究,得出了结构不同部位冲击动响应和冲击环境,并对不同部位冲击环境的差异进行了分析,得出了复杂圆柱壳结构在水下爆炸作用下的动响应和冲击环境规律.     

潜艇典型结构在撞击载荷作用下动态响应的试验研究

针对潜艇典型结构单元（加筋平板和加筋圆柱壳）在受到撞击载荷作用下的损伤变形模式和撞击过程中结构的动态响应进行试验研究。研究结果表明：筋材的内置和外置对平板和壳体结构的损伤变形模式具有很大影响,但对加筋板和加筋圆柱壳模型结构整体的吸能特性并无太大影响;壳体结构与平板结构相比较,具有更好的吸能特性,平板结构具有更好的抗撞击能力。     

水下爆炸与冲击载荷作用下结构物的响应特性

介绍了结构物(尤其是圆柱壳结构)在水下爆炸冲击载荷作用下的响应特性的研究近况，其中包括水下爆炸特性的分析、圆柱壳结构在水下爆炸冲击载荷下的屈曲与响应分析等几个方面，并展望了今后研究的重点和目标。     

考虑静水压力的加筋圆柱壳体径向碰撞机理研究

水下碰撞是水下结构物的主要事故形式之一,而深水静压载荷环境下的碰撞、触礁等问题是深水静压和碰撞联合载荷作用下的结构响应问题,是最为危险的碰撞环境.采用MSC/Dytran大型非线性动力有限元程序,建立数值有限元模型,考虑深水静压和外物撞击的联合作用,进行深水静压环境、无水压力环境下以及不同撞击载荷多工况碰撞环境和撞击历程的数值分析,对加筋圆柱壳体碰撞载荷作用下的变形、失效机理和变形历程进行比较,分析了不同速度、质量撞击物撞击载荷作用下撞击强度、深水压力载荷等对碰撞历程的影响和加筋圆柱壳体深水碰撞环境下的动态响应特性和碰撞机理.结果显示:由于准静压载荷的附连联合作用,撞击形变将不可避免地带来准静压载荷的做功,其能量将直接由结构吸收,从而将导致加筋圆柱壳体结构的防撞能力急剧下降.同时,随着静水压力的增大,撞击初始阶段所产生的小变形将导致圆柱壳体的整体环向失稳,从而导致壳体整体迅速压溃,因此,深水环境下结构碰撞问题的研究主要是结构的初始稳定性问题的研究.圆柱壳体通过横向平台的加强后将有效提高壳体结构的横向失稳临界应力,从而能够明显地改善加筋圆柱壳体结构的径向耐撞能力.     

深海环境下带球封头钛合金耐压壳碰撞特性研究

深海装备在大潜深环境航行时存在碰撞的可能。本文基于Abaqus仿真软件模拟大深度、中低航速情况下带球封头钛合金环肋圆柱壳耐压结构与玄武岩的碰撞过程,考察结构的撞击变形、应力响应,从失稳破坏和强度破坏的角度分析耐压壳的撞击安全性。结果表明,球封头碰撞残余应力对耐压壳极限承载能力有提升作用,评估封头撞击对失稳模式和承载能力的影响时只需考虑塑性变形;考察钛合金耐压壳球封头碰撞的破坏模式时应优先考虑结构的强度破坏。     

管路敷设橡胶层对圆柱壳结构振动与声辐射的影响

以内部设有管路的圆柱壳结构为研究对象,采用结构有限元耦合流体边界元算法,针对管路内、外敷设不同厚度橡胶层时,圆柱壳结构水下振动与声学特性进行数值计算,从圆柱壳结构振动位移和辐射噪声2个方面探讨管路内、外敷设橡胶层对圆柱壳结构水下振动与声辐射的影响.这对水下结构物的声学结构优化具有重要意义.结果表明:对于本算例,管路内、外敷设橡胶层对降低圆柱壳结构水下振动与辐射噪声具有良好效果,并且管路敷设橡胶层越厚,减振降噪效果越好.     

水下爆炸气泡脉动作用下细长加筋圆柱壳的鞭状响应分析

细长加筋圆柱壳是潜艇耐压壳体的主要结构,其在水下爆炸载荷之下发生的鞭状运动是潜艇结构破坏的主要因素之一.为了考察不同的因素对于细长加筋圆柱壳鞭状响应的影响,该文将圆柱壳简化为一根变截面的梁,用双重渐进近似法(DAA)描述了结构的动态变形与瞬态流场的耦合作用,从弯矩的角度的考察了水下爆炸第一次气泡脉动载荷对结构鞭状响应的贡献,总结了圆柱壳上的弯矩随潜深,爆距,爆炸方位角变化的规律.研究结果有助于进一步了解水下爆炸作用下潜艇的鞭状动响应特征,并用以改进潜艇的抗冲击设计.     

潜艇典型结构受多物体撞击数值仿真的试验验证

以双壳体潜艇的典型结构—双层环肋圆柱壳受多物体撞击为研究对象,开展了模型试验,并与仿真计算结果进行对比,验证了有限元数值仿真方法对求解该类问题的有效性。还从结构损伤变形、撞击力历程和能量转换等方面对多物体撞击壳体过程的动响应特性进行了分析。研究成果将为潜艇抗撞能力的评估及抗撞结构的设计提供参考。     

冲击荷载作用下高桩码头结构的动力响应分析

采用数学理论推导与动力时程仿真计算相结合的方式,对靠泊船舶撞击作用下高桩码头结构的动力响应及动力放大效应进行了研究,获得了多自由度结构在单点冲击荷载作用下的动力响应公式,推荐了数值计算时船舶撞击荷载的时程曲线类型及持时,获取了船舶靠泊撞击荷载下高桩码头结构的动力放大效应规律。计算与分析结果表明:码头结构设计时船舶撞击荷载的取值应充分考虑码头结构的动力放大效应;靠泊船舶撞击下的高桩码头结构对撞击荷载的动力放大系数推荐为2.0。     

钢质圆柱壳在侧向爆炸荷载下的动力响应

  目的  为提高无人水下航行器（UUV）、自主式水下航行器（AUV）、空气瓶等外壳防护结构的抗爆抗冲击能力,对水下爆炸和高静水压力载荷下碳纤维增强复合材料（CFRP）圆柱壳的结构响应及其失效模式进行研究。  方法  利用ABAQUS软件和耦合欧拉−拉格朗日法（CEL）方法构建在静水压力和冲击载荷共同作用下CFRP圆柱壳内爆的计算模型,通过与实验结果对比来验证数值模拟方法的有效性,并在此基础上获得CFRP圆柱壳内爆的失效模式和参数化影响。  结果  研究发现,CFRP圆柱壳水下内爆可分为3个阶段：屈曲阶段、壁面接触阶段、失效扩展阶段;减小圆柱壳长径比能提高结构的抗冲击能力,且影响CFRP圆柱壳的失效模式;随着纤维层数的增加,壳结构的静水承载能力和抗冲击能力增长速率增加;增加冲击块速度,壳的壁面界接触和失效扩展越显著,发生的基体断裂更多,且裂纹在圆柱壳长度方向上有明显增大趋势。  结论  所做研究可为水下航行器等结构设计工作提供数据指导,推动复合材料在上述领域中的应用。     

环肋圆柱壳在水下爆炸冲击下的响应

针对水下非接触爆炸问题过程复杂、计算速度慢的问题,本文以一环肋圆柱壳为例,基于以内嵌的水下爆炸载荷计算方法和声-结构耦合方法为关键技术的水下爆炸分析法(AUA),对其水下爆炸冲击下的响应进行了分析。结果发现,壳板厚度对圆柱壳的水下非接触爆炸响应有较为显著的影响,随着壳板厚度的增加,环肋圆柱壳最大位移减小的幅度逐渐变小。在爆炸初期爆距对环肋圆柱壳冲击响应的影响不大,随时间的推移这种影响逐渐增大,环肋圆柱壳各测点变形随爆距的增大线性减小;当肋骨间距大于0.25倍环肋圆柱壳长时,环肋圆柱壳最大变形量可减小90%;继续减小肋骨间距,环肋圆柱壳最大变形减少量并不明显,说明肋骨对其附近测点和中间的板壳起到了显著的加强作用,肋骨间距为0.25倍环肋圆柱壳长时为最经济的肋骨布置方式。     

柱壳隔振系统动力学特性的研究

对柱壳隔振系统动力学特性进行的研究，以往常建立在刚体模型的基础上，这是导致振动预报与实测间存在较大误差的主要原因。从基于有限元分析的弹性体模型出发，本文对涉及柱壳隔振系统动力学特性的结构与材料方案进行了模拟激励下的响应分析与灵敏度分析，讨论了其中的各种影响因素。通过实物模型试验，验证了已建立的动力学模型，探讨了有关柱壳隔振系统设计的中的一些重要方面。     

Calculation method of underwater acoustic and vibration response of cabin segment based on onshore vibration test北大核心CSCD

[Objective]This paper proposes a method for calculating the acoustic and vibration response of underwater cylindrical shell structures based on land-based vibration test results.[Methods]An axisymmetric boundary element method (BEM) is introduced to describe the radiation acoustic field of the shell. The relationship of acoustic pressure at the nodal point of the generatrix with velocity is obtained by solving the numerical solution of the boundary element integral equation, then the acoustic radiation impedance matrix of the outer surface of the shell and acoustic transfer vector (ATV) are constructed. Based on the assumption that the low-order vibration mode of an underwater cylindrical shell is the same as that of an onshore cylindrical shell, combined with the modes and acoustic radiation impedance matrix of an onshore cylindrical shell, the modal added mass and damping are calculated. [Results]The natural frequency calculation formula of the underwater cylindrical shell is established on the basis of the onshore mode, and the calculation method of underwater vibration response and acoustic radiation characteristics with the vibration response in air as input is obtained based on mode superposition method.[Conclusion ] The numerical results of a typical cylindrical shell with internal structure show that the method meets the engineering accuracy requirements. © 2023 Chinese Journal of Ship Research. All rights reserved.     

圆柱壳结构振动功率流和主动力幅值的控制研究

以输入结构的总功率流和所需主动力幅值为控制目标函数,对输入圆柱壳结构振动功率流的主动控制进行了研究,并分析了几个重要参数对壳体结构振动功率流控制效果的影响.利用导纳函数求解结构响应,构造目标函数为二次型函数形式,利用哈密尔顿二次型最小值理论给出最优控制力前馈控制表达式.     

双层变厚度带肋圆柱壳的整体结构矩阵分析

本文提出了均匀外压下的由圆环板正交连接的双层变厚薄壁圆柱壳的整体强度解析计算方法，利用圆环板与内、外圆柱壳正交连接的变形协调条件，把每跨双层壳作为整体，建立双层圆柱壳段的平衡方程，运用相关矩阵分析手段和相邻壳段的连续条件，将壳段平衡方程组集成待定参数的总体方程。从壳体封端的边界条件出发，计入不同规格的环肋、纵筋、中间支骨、圆环板及其径向筋、周向筋等构件的刚度，囊括了结构纵向上的全部性能，该方法可以准确、简便地求解从单层壳到双层壳各跨段任何部位、构件的挠度和应力，并捕捉结构的薄弱部位。     

有限长半充液圆柱壳振动特性分析

  目的  基于有限元法对水平充液圆柱壳及其内部流体的自由振动和强迫振动特性进行研究。  方法  其结构与内部流体分别采用壳单元、声学单元模拟;通过对流体声学单元施加重力加速度并标记自由液面,以模拟流体小幅晃动。计算液体晃荡频率以及壳体振动频率,并与文献的结果进行对比,验证求解方法的正确性。探讨结构参数、自由液面高度等参数对耦合系统振动特性的影响规律。  结果  结果表明：流体固有频率分为高频和低频2个部分,低频部分为自由液面的自然晃动频率。壳体厚度越小,结构耦合频率越低,自由液面的自然晃动频率越低;随着厚度的增加,自然晃动频率趋近于刚性边界时的值。液深越大,结构耦合频率越低,自然晃动频率越大;当结构频率很低时,自由液面晃动效应对耦合系统响应的影响变得明显。  结论  研究结果对于充液圆柱壳的振动特性具有一定的参考价值。     

焊接残余应力对环肋圆柱壳水下声辐射影响研究

文章重点研究了焊接残余应力对环肋圆柱壳水下声辐射的影响。通过运用热弹塑性有限元法数值模拟环肋圆柱壳对接焊接过程,得到厚板环形焊缝的三维残余应力场和应变场,然后对含有残余应力的环肋圆柱壳动力特性进行研究,并运用有限元法和边界元法分析了低频激励下其水下声辐射的特点。研究结果表明焊接残余应力对环肋圆柱壳声辐射有较明显的影响,不仅使声辐射功率曲线和外场声压曲线向低频移动,而且使在大部分激励频率上含有焊接残余应力结构的声辐射功率和外场声压均大于无焊接残余应力结构。     

肋骨形式对环肋圆柱壳碰撞性能的影响

基于非线性显式有限元程序LS-DYNA,对不同肋骨形式的圆柱壳体在冲头径向撞击下的碰撞过程进行数值仿真,比较分析了环肋圆柱壳结构的塑性变形能,碰撞损伤区域以及接触力等现象。研究结果表明:三种新型肋骨模型的碰撞性能较传统模型有所提高。     

考虑筋/板相互作用的环肋圆柱壳屈曲强度分析

环肋圆柱壳是潜艇耐压壳体的一种主要结构形式.环肋圆柱壳的失稳破坏主要表现在肋骨间的壳板失稳和总体失稳.在计算肋骨间的壳板失稳时,传统方法认为肋骨为壳板提供简支边界,忽略了在边界上肋骨和壳板的相互影响.在实际结构中,由于肋骨提供扭转刚度,壳板在与肋骨相交的边界上将存在弯矩,并非自由支持边界.因而,壳板失稳时,筋/板产生相互影响,提高了壳板的屈曲强度.本文的主要目的是,推导考虑筋/板相互影响的环肋圆柱壳壳板屈曲强度的理论计算方法,分析筋/板的相互关系.通过本文的算例表明,本文推导的计算方法以及所编制的计算程序是可靠的,可以用于工程设计.