基于钢-泡沫夹层结构的船与冰碰撞性能分析

运用非线性有限元基本理论,采用大型动态计算软件MSC.Dytran,建立了基于钢-泡沫夹层结构的船舶首部以及冰体的三维有限元计算模型,分析了碰撞力的大小、船首及内部结构的损伤变形和能量吸收等特性。为研究大型运输船舶船首结构与冰之间碰撞性能奠定基础。通过使用钢-泡沫夹层结构替换舷侧外板,在有效行程内降低了碰撞力和增加总体的能量吸收,提高了整体的碰撞性能。     

钢-泡沫结构冲击性能的建模方法

从经典的层合板理论出发,根据钢-泡沫结构力学性能,引出钢-泡沫结构的本构关系。通过对钢-泡沫结构的冲击进行数值模拟,得出最大碰撞力与经验公式得出的最大碰撞力进行比较,确定理想的建模方式为铺层方法,进而对钢-泡沫结构的碰撞性能进行综合研究与分析,并为系统研究船舶耐撞性提供一定参考意见。     

钢-硬质泡沫塑料夹层结构碰撞仿真

研究钢-硬质泡沫塑料夹层结构的特性,基于夹层结构的材料性能和力学理论,结合大变形动力学数值计算方法,通过比较夹层板在碰撞仿真中的建模技术,探讨适合于夹层结构的建模方法。     

冰与钢-泡沫夹层结构冲击特性研究

通过对冰与钢-泡沫夹层结构的冲击特性进行有限元仿真建模计算,得出其相关碰撞特性;同时计算得到的接触部位的压强和面积关系与ALIE所规定的压强-面积曲线作比较,确定材料模块选取的合理性。进而为系统研究冰与夹层结构以及船冰碰撞之间的耐撞性提供一定参考意见。     

防护装置外围板的改进对船桥碰撞的影响

从防护装置与船体产生的最大碰撞力、吸能等角度,提出将钢-聚氨酯夹层结构应用到可拆卸式船桥碰撞防护装置的改进方案。对改进后防护装置在船桥碰撞过程中采用非线性有限元技术进行仿真计算,分析碰撞过程中的碰撞力、能量吸收等耐撞性指标。通过计算表明使用钢-聚氨酯夹层结构替换防护装置的外围板,提高了结构尺度利用率,在有效行程内降低了碰撞力和增加总体的能量吸收,提高了整体的碰撞性能。     

夹层板脱层对结构振动特性的影响分析

聚氨酯弹性体钢夹层板结构(SPS)因其优异的力学性能和可设计性,近年来在船舶制造等领域得到广泛应用。本文通过理论与数值仿真,研究了SPS夹层板结构自由振动以及脱层对振动特性的影响。首先,对SPS夹层结构,提出一种等效模型,采用简化一阶剪切变形理论,建立了夹层板横向自由振动控制方程,并结合边界条件给出了SPS夹层结构的振动频率表达式。通过与文献和数值仿真结果的对比分析,验证了本模型与方法的有效性与准确性。考虑结构易脱层的特点,研究了面/芯脱层对结构振动特性的影响,对比分析脱层范围、脱层位置以及脱层形状对结构低阶频率的影响,给出了各脱层参数与结构低阶振动频率的关系,为SPS结构的设计与应用提供指导。     

夹层板脱层对结构振动特性的影响分析

聚氨酯弹性体钢夹层板结构（SPS）因其优异的力学性能和可设计性,近年来在船舶制造等领域得到广泛应用。本文通过理论与数值仿真,研究了 SPS夹层板结构自由振动以及脱层对振动特性的影响。首先,对 SPS夹层结构,提出一种等效模型,采用简化一阶剪切变形理论,建立了夹层板横向自由振动控制方程,并结合边界条件给出了 SPS夹层结构的振动频率表达式。通过与文献和数值仿真结果的对比分析,验证了本模型与方法的有效性与准确性。考虑结构易脱层的特点,研究了面/芯脱层对结构振动特性的影响,对比分析脱层范围、脱层位置以及脱层形状对结构低阶频率的影响,给出了各脱层参数与结构低阶振动频率的关系,为 SPS结构的设计与应用提供指导。     

基于简化Zig-zag模型的钢聚氨酯夹层板屈曲分析

本文提出一种简化的高阶Zig-zag理论,即面板采用一阶剪切变形理论,芯材采用Reddy高阶剪切变形理论,建立钢聚氨酯夹层板在面内压缩载荷作用下的屈曲分析模型。考虑夹层板作为船舶舱口盖的受力特性,利用Matlab和有限元软件Ansys分别求出在面内压缩载荷作用下的钢聚氨酯夹层板的屈曲临界载荷,理论解与仿真值吻合度较高并分析几何参数对结构稳定性的影响。研究结果表明,在考虑结构重量的前提下,增加芯材即聚氨酯的厚度能较好的提高结构的稳性。     

蜂窝式夹芯层结构横向耐撞性能数值仿真研究

蜂窝式夹层板结构具有强度高、结构轻等优越的性能,其中夹芯层结构起关键作用。文中采用非线性有限元软件MSC/Dytran模拟仿真了蜂窝式夹芯层结构在横向冲击载荷作用下的渐进屈曲过程,分析了结构的耐撞性能,结构参数对耐撞性能的影响。研究分析表明:蜂窝式夹芯层结构在横向冲击载荷作用下具有稳定的压溃载荷、较长的有效行程,具有优良的吸能特性。结构密度是影响结构耐撞性能的关键因素;夹芯层高度对结构的耐撞性影响不大,增加结构夹芯层高度结构吸能增加。     

聚氨酯夹层结构板的性能与制造方法

介绍了船用新型结构材料——聚氨酯夹层结构板及其性能特点,并简述了这种夹层板的制造方法。     

Ice impact response and energy dissipation characteristics of PVC foam core sandwich plates: Experimental and numerical study

In this paper, the dynamic responses and energy dissipation characteristics of polyvinyl chloride (PVC) foam core sandwich plates under ice impact are investigated. The ice impact tests of PVC foam core sandwich plates were conducted by employing the horizontal impact experimental apparatus. The finite element simulations were conducted to analyze the dynamic response of PVC foam core sandwich plates based on soil and concrete material model for ice impactor. It was demonstrated that numerical results were in good agreement with experimental results. The deformation modes of the top facesheets were coupling of local indentation with global bending deformation, while the deformation modes of bottom facesheets were overall bending deformation. The permanent deformation of face sheets show that the impact resistance of sandwich plate is better than that of equivalent weight hull plate (EWHP). In addition, based on the actual navigation environment of ship, the effect of impact angle and ice floe shape on dynamic response and energy dissipation are analyzed.     

波纹夹芯杂交夹层板入水砰击动力响应特性研究

以波纹夹芯杂交夹层板(Hybrid Sandwich Plate with Corrugated-Cores,HSP)为研究对象,建立气-液-固三相数值模型,对结构在不同撞水速度下(1~10 m/s)动力响应特性进行数值计算分析。首先将其与相同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板(Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates,LWCCSP)在入水砰击下的非线性力学行为进行对比,分析探讨2种结构的能量吸收特点以及砰击压力和变形的分布规律,同时研究波纹夹芯杂交夹层板主要设计参数对其抗砰击性能的影响。分析结果表明,波纹夹芯杂交夹层板较同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板具有更好的抗砰击性能;在一定范围内,增加触水面板厚度及芯层厚度对提升波纹夹芯杂交夹层板的抗砰击性能有积极作用,且增加芯层厚度效果更为显著。     

波纹夹芯杂交夹层板入水砰击动力响应特性研究

以波纹夹芯杂交夹层板(Hybrid Sandwich Plate with Corrugated-Cores,HSP)为研究对象,建立气-液-固三相数值模型,对结构在不同撞水速度下(1～10 m/s)动力响应特性进行数值计算分析.首先将其与相同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板(Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates,LWCCSP)在入水砰击下的非线性力学行为进行对比,分析探讨2种结构的能量吸收特点以及砰击压力和变形的分布规律,同时研究波纹夹芯杂交夹层板主要设计参数对其抗砰击性能的影响.分析结果表明,波纹夹芯杂交夹层板较同质量的无填充轻质波纹夹芯夹层板具有更好的抗砰击性能;在一定范围内,增加触水面板厚度及芯层厚度对提升波纹夹芯杂交夹层板的抗砰击性能有积极作用,且增加芯层厚度效果更为显著.     

船用夹层板芯材的动态力学性能实验研究

基于分离式霍普金森压杆实验装置,对船用夹层板系统(SPS)的芯材-聚氨酯弹性体的动态力学性能进行了实验分析。在实验满足一维、均匀性的前提下,计算得到了聚氨酯弹性体在不同应变率下的应力—应变关系,讨论了试样尺寸对结果的影响;考虑聚氨酯弹性体不同于金属的动态力学性能,以及准静态力学性能与动态力学性能的差异,确定运用朱—王—唐(ZWT)方程描述聚氨酯弹性体的本构关系,能够准确反应聚氨酯弹性体的非线性粘弹性特性,拟合结果与实验结果吻合较好。     

不同质量级配堤心石对波浪传播影响的试验研究

通过物理模型试验的方法,采用规则波研究了深水斜坡堤堤心石物理特性的变化对于波浪传播的影响。在无越浪的前提下,主要讨论了斜坡堤透浪系数与入射波周期、入射波高、质量级配等因素的关系。根据上述研究成果,拟合得到了考虑无因次参数H_i/d、gT~2/d及堤心石结构B/D_(50)等因素的透浪系数计算经验公式,为今后防波堤工程建设及科学研究提供一定的参考依据。     

低速碰撞载荷下钢制波纹夹层板动态响应研究

基于有限元软件Ansys/LS-DYNA,对钢制梯形波纹夹层板在低速碰撞载荷作用下的动态响应进行数值仿真研究,分析碰撞能量、冲头直径大小、碰撞位置和冲头撞击方向对夹层板动响应特性的影响。结果表明,随着碰撞能量从100 J增加到400 J,面板变形呈现出线性增加的趋势,碰撞能量达到一定水平后,结构出现损伤破坏,并且发现这种损伤的发生存在相对恒定的临界值,上面板吸能占比减小了30.5%,芯层和下面板吸能占比依次增加了12.4%,18.1%。冲头直径过小会带来明显的载荷局部效应,碰撞位置位于芯层胞元跨中时芯层无法对冲头进行直接支撑,这都会引起上面板的撕裂破坏,甚至被冲头贯穿。随着冲头撞击角度增加,上面板的撕裂破口逐渐由横向变为纵向,夹层板整体的能量吸收速率逐渐变大。在给定的载荷状况下,冲头30°撞击时,夹层板的耐撞性能较优;冲头90°撞击时,夹层板的耐撞性能较差。     

改进V型夹层板近场水下爆炸抗冲击性能研究

对水下爆炸结构的响应进行分析,设计相应的结构来降低载荷效应是提高舰船抗冲击性能的重要研究内容。基于耦合欧拉-拉格朗日(CEL)算法,考虑流-固耦合等因素的影响,建立完整的水下爆炸数值模型,运用显式动态分析对普通加筋板、常规V型夹层板、改进的V型夹层板进行近场水下爆炸作用下的动响应分析,从结构与流体的相互作用、结构产生的变形、吸能特性等角度综合分析。结果表明,改进后的V型夹层板抗冲击防护性能明显提高,可为舰船抗冲击结构设计提供一定的参考。     

堤心石级配变化对不规则波传播影响的试验研究

通过物理模型试验的方法,研究深水斜坡堤的不同质量级配堤心石对不规则波传播的影响。对不规则波的外在规律进行了统计分析,且研究入射波周期、入射波高、堤心石质量级配等因素对防波堤透浪系数的影响,拟合得到考虑无因次参数H_i/d、gT~2/d及堤心石结构B/D_(50)等因素的不规则波透浪系数的计算经验公式,为防波堤工程建设和研究提供参考依据。     

近距爆炸作用下叠层复合夹芯板局部层裂破坏的理论研究

  目的  为了研究水下接触爆炸作用下泡沫夹芯板的耗能机理,  方法  首先,开展泡沫夹芯板的水下接触爆炸试验,获得其破坏模式,并比较等质量钢板与不同配置夹芯板的抗爆耗能效果;然后,基于数值仿真,分析泡沫夹芯板在水下接触爆炸作用下的损伤过程,模拟夹芯板的破坏模式,统计各部分的耗能率。  结果  研究结果表明,同等条件下夹芯板的抗爆耗能效果优于等质量实体钢板,且上面板薄、下面板厚时的耗能效果最优;夹芯板耗能率可较实体钢板提高约5%~8%。  结论  \t\t 根据试验和仿真结果,给出了泡沫夹芯板结构在水下接触爆炸作用下的耗能机理,可为舰船结构防护设计提供参考。