水下爆炸载荷作用下变截面结构中应力波的传播特性研究

随着科学技术的发展,越来越多的学者关注水下爆炸对舰船结构的毁伤特性研究。应力波作为结构载荷和能量传递的形式,对于认识结构系统的冲击响应特性至关重要。但是,关于水下爆炸载荷作用下船体板架类变截面结构中应力波的传播特性目前仍认识不足。本文将基于应力波理论,借助有限元法研究在冲击载荷作用下变截面杆和舷侧外板中弹性波的传播特性。首先,结合应力波理论,基于耦合的欧拉-拉格朗日法(CEL)和欧拉体积分数法研究在水下爆炸冲击载荷作用下变截面杆中弹性波的传播特性,对数值研究方法的精度进行验证;然后研究舷侧外板在受到水下爆炸冲击载荷作用下结构中弹性波的传播特性,并且利用冲击响应谱分析方法研究结构的响应规律,为后续研究复杂舰船结构的冲击响应规律提供参考。     

舰船基座抗冲击计算研究

参照德国军标BV043/85[1]及文献[2]的设备冲击谱公式,研究了舰船基座在水下非接触爆炸条件下的冲击载荷,并对某柴油机基座进行了抗冲击计算。文章分别计算了基座在静载荷和冲击载荷作用下的应力及变形,其中冲击计算采用了静G法和时间历程法两种方法。计算结果表明,水下非接触爆炸造成的冲击载荷对舰船基座应力、变形产生重大影响,在基座设计中不容忽视。     

船用夹层板系统水下防护性能数值仿真分析

夹层板系统(SPS)具有优越的力学性能,可应用于船舶防护结构设计中,提高其防护性能。文章基于非线性有限元软件ABAQUS,分析了SPS在水下爆炸冲击载荷下的结构损伤变形模式、吸能、速度、加速度响应等力学行为,并与传统船体加筋板架结构的防护性能进行对比分析;然后系统研究了不同冲击波工况下SPS的防护性能,并讨论了SPS结构参数对其防护性能的影响。研究结构表明,SPS对冲击波载荷具有较好缓冲及卸载效果;随着冲击因子的增大,SPS上下面板中心单元的应力和应变以及结构吸能都在相应增大,其中心点位移、速度和加速度也呈现出近似线性增长趋势;SPS存在最优结构匹配问题,需要进一步开展结构尺寸优化。     

弹体入水冲击载荷特性分析

对由MSC.Dytran仿真计算得到的2种不同初始速度入水弹体入水冲击载荷进行了平稳性检验、功率谱、冲击响应谱、高斯特性、高阶统计等特征分析.研究表明,水雷入水冲击载荷是平稳信号并且为非高斯分布,速度是影响冲击载荷信号的主要因素,为弹体抗冲击总体设计提供依据.     

冲击载荷作用下预紧力螺栓强度特性研究

对冲击载荷作用下的预紧力螺栓进行强度分析,对比分析螺栓联接结构在横向冲击和纵向冲击以及不同预紧力和不同冲击载荷工况下的螺栓强度和结构响应,验算了某舰用汽缸在冲击载荷作用下的螺栓强度。研究表明,螺栓联接在冲击载荷作用下,螺栓的应力响应随着预紧力的变化而变化,且受剪螺栓的预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大;受拉螺栓的强度会随着其预紧力的增大而变薄弱;同时受剪拉作用的螺栓,当预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大。     

一种结构垂向冲击载荷测量方法分析研究

某些作用在舰船结构上的瞬态动载荷,由于受到客观条件限制（比如空间狭小）,不方便直接通过压力传感器获得其大小,而该载荷对于船体结构设计又关系重大,如何取得外载荷曲线便成了十分关键的问题。针对实船某承受特殊冲击载荷的基座结构,通过测量其结构动应变,利用材料应变-应力关系曲线得出了冲击载荷的时间历程曲线,最后用有限元法对该冲击载荷测量曲线进行验证。结果表明,当结构应变率小于3mm/mm/s时,可采用静态材料应变-应力关系曲线对结构冲击载荷进行测量计算,从而为此类结构外载荷测量方法提供参考。     

双自由度舵机执行机构冲击载荷的仿真分析

超高速水下航行体航行过程中工况复杂,在加速段速度跨度大,双自由度舵机执行机构承受了较大的瞬态冲击载荷,有必要对其韧性进行分析校核。本文分别建立旋转机构输出轴、减速箱体和展开机构最后一级齿轮副的多刚体动力学仿真模型,分析各机构在冲击载荷下的应力和变形情况,校核结构韧性的可靠性,同时对旋转机构输出轴进行模态分析。仿真与校核结果为机构优化设计提供参考依据。     

受载时船舶屈曲临界载荷数值的数学模型设计

船舶航行中船体会受到来自于水体的巨大冲击力,一旦超过屈曲载荷临界值就会增加船体断裂的风险。针对传统载荷控制模型对于环境参数变化不敏感、反应时滞过长的弊端,设计一种用户船舶屈曲临界值计算分析的数学模型。分析船舶行进中轴向速度和径向速度,并从速度与应力的比例关系中识别出船体受力综合载荷值,以此建立屈曲临界载荷数学模型。基于临界载荷数学模型分析不同载荷值条件下径向、轴向力的变化与临界误差之间的关系,进而准确地识别出屈曲临界载荷数据的变化规律。仿真结果表明,提出数学模型具有更高的载荷值传递效率,能够及时做出主动调整,并有效降低各种作用力对于船体的冲击。     

双自由度舵机执行机构冲击载荷的仿真分析

超高速水下航行体航行过程中工况复杂,在加速段速度跨度大,双自由度舵机执行机构承受了较大的瞬态冲击载荷,有必要对其韧性进行分析校核。本文分别建立旋转机构输出轴、减速箱体和展开机构最后一级齿轮副的多刚体动力学仿真模型,分析各机构在冲击载荷下的应力和变形情况,校核结构韧性的可靠性,同时对旋转机构输出轴进行模态分析。仿真与校核结果为机构优化设计提供参考依据。     

冲击载荷作用下船体变形的数值模拟研究

为了提高船体在冲击载荷作用下的刚度和强度,从而应用在船体的强化设计中,研究冲击载荷作用下船体变形的数值模拟方法,提出基于连续体模型应力评估的船体变形的数值模拟模型,进行船体变形的应力屈服力学分析,建立在冲击荷载下的船体变形的延性断裂行为学模型,采用断裂韧度的规则化测试方法进行船体变形的数值模拟,结合连续体模型应力评估方法进行船体变形的机械强度分析和屈服响应评估,实现船体变形关联约束参量的准确评估和数值模拟。仿真测试表明,采用该方法进行冲击载荷作用下船体变形的数值模拟的精准度较高,通过准确模拟船体变形应力参数进行机械强度设计,改善船体抗冲击载荷能力。     

冲击载荷下海洋石油平台直升机场结构安全性计算分析

考虑到直升机紧急着陆工况下冲击载荷对海洋石油平台直升机场的作用时最为不利,且该工况下的结构响应复杂的问题,采用ABAQUS有限元软件对其进行动静态分析。结果表明:直升机场结构在冲击载荷静态作用下满足强度要求,结构受力最大部位在直升机后机轮着陆位置,纵向支撑桁架及直升机场固定端位置应力水平较高;常见风、浪环境载荷频率远离直升机场结构自振频率,结构发生共振的可能性较小;在冲击载荷瞬间作用下直升机场结构满足强度要求,应力及变形呈现波动特征。     

喷淋除尘移动水槽结构分析

基于MSC.Marc有限元分析软件,对喷淋除尘移动水槽进行结构分析。结果表明,移动水槽在静载下不会出现损坏。启动、水平载荷和垂直载荷三种工况下,水槽连接处均产生高应力区,易疲劳破坏。启动时冲击载荷及水箱悬空时引起的载荷工况下水槽连接处等效应力最大,应该予以重视。     

水平蒸汽发射系统的控制策略

基于建立的水平蒸汽发射系统各组成部分的动态数学模型,利用Matlab软件的Simulink仿真平台,以发射性能最优为目标,对系统的控制策略进行深入研究,分别得到3种不同类型发射阀的最优控制策略,以及相应的系统性能参数随时间变化规律。研究结果表明:在3种不同类型的发射阀中,在保证载荷达到规定的位移时载荷速度超过规定值最小且载荷基本上做匀加速运动的情况下,直线调节阀下阀的动作过程最为平稳。     

基于DDAM的套筒式液压联轴器抗冲击性能及影响因素分析

本文基于DDAM法建立某型套筒式液压联轴器抗冲击数值模型,通过对不同冲击载荷下主要部件的抗冲击响应分析,完成了液压联轴器的抗冲击性能评估。在此基础上,开展液压联轴器抗冲击性能影响因素研究,分析联轴器相对布置位置、轴段长径比、轴段与联轴器重量比以及轴段端面约束方式对液压联轴器抗冲击性能的影响规律。通过正交实验,分析了上述4种因素对液压联轴器抗冲击性能的影响程度。研究结果表明,垂向冲击载荷作用下液压联轴器各部件产生的冲击响应最大。在不同方向冲击载荷作用下内套产生的冲击应力最大,表明内套是液压联轴器抗冲击性能最敏感部件。相比于固定约束边界条件,通过弹簧模拟油膜刚度的轴段端面约束边界条件将导致液压联轴器应力增大。此外,连接轴段重量和液压联轴器相对布置位置对其冲击应力计算结果影响明显,整体质量越大、液压联轴器布置越靠近两轴段中间位置将使得冲击应力值增大。     

焊接速度对AH36船用高强钢焊接残余应力及其释放的影响

基于ABAQUS软件二次开发,建立平板对接焊试件焊接残余应力及其释放的有限元模型,利用顺序耦合热力学数值仿真计算3种焊接速度下的焊接残余应力分布,并研究了3种焊接速度下初始焊接残余应力在3种拉伸循环载荷作用下的释放情况。随着焊接速度的增加,沿试件深度方向的初始横向焊接残余应力明显下降。在相同外载荷作用下,随着焊接速度的降低,焊接残余应力释放水平提高、释放量增加。随着焊接速度的增加,第一次循环残余应力的释放量占循环50次后残余应力释放总量的比例增加。     

水下爆炸冲击载荷作用下加筋复合材料浸潜壳体结构的动力响应

对加筋复合材料浸潜壳体结构在水下爆炸冲击载荷作用下的动力响应采用LS—DYNA进行了分析,给出沿纵向分布的不同单元的应力时间历程曲线,并给出了位移、应力以及冲击压力波传播云图。     

焊接速度对AH36船用高强钢焊接残余应力及其释放的影响

焊接件由于焊接速度不同,焊接残余应力分布存在很大差异,焊接残余应力在循环载荷作用下会产生释放现象,焊接残余应力存在对于结构安全性和稳定性有很大影响,有必要开展焊接速度对于焊接残余应力及其释放影响研究。基于ABAQUS软件二次开发建立平板对接焊试件焊接残余应力以及释放有限元模型,利用顺序耦合热力学数值仿真计算三种焊接速度下的焊接残余应力分布,并开展三种焊接速度下初始焊接残余应力在三种拉伸循环载荷作用下的释放情况研究。     

基于双向流固耦合的航行体高速入水研究

基于弹性体假设对直径为0.533m、以100m/s速度入水的航行体建立了高精度流固双向耦合数值模型,并试验验证了该数值模型的有效性。进行了不同角度的入水仿真,获得空泡及载荷的演变规律。主要结论如下：随着入水角减小,喷溅水幕的闭合时间推迟,空泡非对称性加剧;弹性体在入水时承受的冲击载荷峰值小于刚性体,且呈振荡衰减趋势;航行体应力峰值呈圆环形分布,应力在入水初期出现峰值并振荡衰减,而且在尾部出现应力集中;斜入水时,应力分布及头部纵向变形不对称。随着入水角的增大,应力和应变的峰值增大,应力波传播时间缩短。     

调距桨桨毂机构与轴系系统的抗冲击有限元分析

针对某型调距桨桨毂机构建立有限元模型,考虑将瞬时冲击作用等效为静力载荷,以惯性力的形式施加于桨毂机构上,并基于模态叠加的思想,求解等效静力载荷,进而获得该阶次模态下桨毂机构各构件的应力响应结果,最终计算调距桨机构中螺栓连接件的等效冲击应力。     

空中爆炸载荷作用下舰船水密门抗冲击分析

选取典型空中爆炸载荷工况,应用ls-dyna实时模拟空中爆炸载荷,研究不同结构形式对水密门冲击响应的影响。通过对2种结构水密门设备分别进行抗冲击实例计算,实现了水密门结构在空爆冲击下的运动响应过程。对比研究结构最大应力、应变特征参数,分析得出不同结构水密门最大应力位置规律及结构冲击特点,获取水密门设备最大响应位移,指出板架加强结构可以有效地减小水密门整体最大应变值和最大位移,为舰载设备抗冲击分析、优化设计提供技术路径。