U型折叠式夹层板防护性能数值仿真分析

开展夹层板单元防护性能研究可为舰船防护结构设计提供指导。以某船底加筋板架为应用对象,设计出U型折叠式夹层板结构;利用MSC.Dytran对船底板架及夹层板结构在水下爆炸冲击载荷下的动态响应进行数值仿真分析,通过分析流-固耦合压力、损伤变形、速度、加速度、结构塑性吸能等性能参数,对比研究两结构的防护性能;分析夹层板在不同冲击强度下的损伤特性,面板厚度、夹芯板厚、夹芯与面板夹角、夹芯单元宽度、夹芯高度等结构参数对夹层板损伤变形、结构吸能等特性的影响。通过研究得到了U型夹层板在水下爆炸冲击载荷下的损伤特性、变形模式等,U型夹层板的防护性能明显优于传统加筋板架,夹芯层在夹层板抵抗水下冲击载荷中起到关键作用,结构参数对防护性能产生不同程度的影响。     

带斜向肋板的夹层结构抗侵彻性能研究

研究平头弹和半圆形弹对带斜向肋板的钢/尼龙夹层结构抗侵彻性能。选用Johnson-Cook和CowperSymonds方程分别作为钢和尼龙的本构模型,进行2种弹体以不同初速度对肋板角度为15°,30°和45°的不同夹层结构侵彻数值仿真,获得了3种夹层结构针对2种弹体的弹道极限。结果表明:斜向肋板可迫使弹体产生偏航;弹体在临界贯穿夹层结构时弹体偏角达到最大,且弹体偏角随弹体初速度的增加而递减;弹体贯穿夹层结构产生的偏角与其剩余速度呈负相关关系;肋板角度为15°时的抗弹性能最优。     

U型激光焊接夹层板极限强度试验研究

激光焊接夹层板因具有优越的力学性能以及众多结构优点在舰船防护结构设计中具有广阔的应用前景。本文以U型激光焊接夹层板为研究对象,设计其激光制造工艺流程,加工得到U型激光焊接夹层板试件;开展夹层板极限强度性能试验,通过试验得到了夹层板横向、纵向弯曲时的极限承载力及相应的变形模式;采用ABAQUS软件模拟试验工况,开展数值仿真研究,通过与试验结果进行比较,验证、完善有限元数值仿真分析技术,研究成果可为夹层板船体结构力学性能分析提供技术支撑。     

U型激光焊接夹层板极限强度试验研究

激光焊接夹层板因具有优越的力学性能以及众多结构优点在舰船防护结构设计中具有广阔的应用前景。本文以U型激光焊接夹层板为研究对象,设计其激光制造工艺流程,加工得到U型激光焊接夹层板试件;开展夹层板极限强度性能试验,通过试验得到了夹层板横向、纵向弯曲时的极限承载力及相应的变形模式;采用ABAQUS软件模拟试验工况,开展数值仿真研究,通过与试验结果进行比较,验证、完善有限元数值仿真分析技术,研究成果可为夹层板船体结构力学性能分析提供技术支撑。     

复合材料加筋夹层板动力学固有特性影响因素分析

以复合材料加筋夹层板为研究对象,基于有限元分析,对不同加筋结构方案、加强筋不同宽高比以及不同加强筋芯材对其固有振动特性的影响规律进行了研究。在总重量相当条件下,对比分析了一字型、十字型、卄字型及井字形等四种不同加筋结构方案夹层板的静刚度特性及固有振动特性;以一字型加筋板为研究对象,以加强筋横截面面积为优化约束条件,研究了不同宽高比加强筋对加筋板固有振动频率的影响;对比探讨了一字型加筋板中加强筋芯材弹性模量的变化对结构固有振动特性的影响规律。结果表明：适当选择加筋形式、加强筋宽高比以及加强筋芯材能够有效提高复合材料加筋夹层板的静刚度特性及固有振动特性,为复合材料夹层板的工程应用与改进提供了参考。     

卸荷式板桩码头的数值模拟分析

为了得到卸荷式板桩码头真实的受力特性,使用PLAXIS 2D软件对其进行数值模拟分析,得出了码头从建造到使用过程中各个工况下的位移、前板桩弯矩、桩基轴力以及整体的安全系数.该计算方法考虑了土体的非线性特性和前板桩与土体共同作用,比较符合工程实际情况.计算结果与常规弹性地基梁法的计算结果进行了对比,表明该方法的可行性和适用性,可为相似工程设计提供了有益的参考.     

液氮绕水翼低温空化流数值模拟(英文)

为研究低温空化流场特性,考虑液氮的热力学参数和空化时两相间的能量交换,利用数值模拟方法对液氮绕水翼低温空化特性进行了分析。基于均质多相流模型,采用Zwart空化模型对液氮绕水翼低温空化流进行稳态计算,修正了Zwart空化模型中蒸发和冷凝系数,给出了水翼表面压力、温度及空化强度的分布。数值结果同采用Schneer-Sauer空化模型计算的结果进行了比较。水翼表面压力和温度的数值结果与Hord实验数据吻合较好,验证了数值模拟的有效性。     

马鞍形船体板冷压成形回弹数值模拟研究*

马鞍形是船体外板中比较常见的一种,在船体板的冷压成形中回弹是影响成形件质量的主要因素之一。本文针对马鞍形面的船体板进行了回弹模拟,分析了板厚和不同曲率变化条件下对回弹的影响规律,为后续的利用回弹规律进行模具补偿提供依据。     

溃坝问题的数值仿真和实验(英文)

In this paper, two novel numerical computation methods are introduced which have been recently developed at Research Institute for Applied Mechanics ( RIAM ), Kyushu University, for strongly nonlinear wave-body interaction problems, such as ship motions in rough seas and resulting green-water impact on deck. The first method is the CIP-based Cartesian grid method, in which the free surface flow is treated as a multi-phase flow which is solved using a Cartesian grid. The second method is the MPS method, which is a so-called particle method and hence no grid is used. The features and calculation procedures of these numerical methods are described. One validation computation against a newly conducted experiment on a dam break problem, which is also described in this paper, is presented.     

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。     

对玻璃钢积层板和夹层板公式的探讨

在《玻璃纤维增强塑料渔业船舶建造规范》2008中,积层板及夹层板蒙皮厚度计算公式中的设计衡准参数存在理论缺陷,夹层板厚度计算公式不能充分体现夹层板各组分力学性能与彼此厚度之间的匹配关系。鉴于此,笔者依据复合梁原理,将积层板视为夹层板特例,提出积层板与夹层板的统一公式。此公式虽较各向异性板的弹性力学求解法粗略,但仍能体现夹层板各组分力学性能与厚度的匹配关系。经算例计算,统一公式计算值与LR《特规》相当接近,因此统一公式可用于玻璃钢船体设计。     

加筋压筋夹层板的固有频率分析

这是ISSC的BENCHMARK研究内容.首先对没有敷设层时的计算结果与实验结果进行了比较,以验证计算模型的有效性.对两种加筋压筋夹层板结构的固有频率进行了分析.对夹心层和厚表层分别采用偏心壳单元和固体单元进行了计算,并与实验结果进行了比较.结果表明,对于夹心层无论厚薄,均为采用固体单元较适宜.最后对有无夹层处理的结构固有频率也进行了比较.     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

基于SPS的船体耐撞结构设计研究

夹层板系统（SPS）具有优良的力学性能,因此被广泛地应用于船舶修造过程。因其夹芯层具有良好的缓冲作用,所以可以用作耐撞结构以提高舰船的碰撞性能。文章基于大型商业有限元分析软件ABAQUS,分析了SPS舷侧结构的碰撞性能,重点讨论了损伤变形、碰撞力和能量吸收等碰撞参数,并与传统舷侧结构的碰撞性能进行比较。研究表明：SPS舷侧结构较传统舷侧结构在总质量相当的情况下,极限撞深提高且在极限撞深时吸能也提高较多,表现出了优越的耐撞性能。     

填充超弹性材料夹层板的抗爆性能研究

夹层板是一种比刚度大、比强度高的结构形式,根据文献将典型加筋板等效为最优夹层板,采用非线性数值方法,对爆炸冲击波作用下方形蜂窝夹层板及填充超弹性材料的方形蜂窝夹层板响应进行数值计算,分析填充超弹性材料夹层对夹层板各部位加速度、速度及位移响应的影响,对比不同爆距下夹层板响应,并分析填充超弹性材料对夹层板吸能的影响。从计算结果可知填充超弹性材料可有效减小爆炸载荷作用下夹层板的响应,减小夹层板面、背板间相对变形。     

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。     

粘弹性阻尼夹层板动力特性分析及其试验研究

本文在数值计算和试验的基础上研究了阻尼夹层板的动态特性和振动响应计算方法.在小变形线弹性理论的基础上,构造了阻尼夹层板单元.将三层板都看成Mindlin板单元,以各层的中面为坐标平面建立局部坐标系来建立有限元模型,考虑了偏心阵的作用,大大简化了计算程序.粘弹性采用常复数模型,用求解复特征值的方法求得了其固有频率和损耗因子.在此基础上编制了相应的有限元计算程序,进行了较详细的数值计算与分析,并讨论了粘弹性阻尼层的厚度、模量、损耗因子对结构动力特性的影响,得到了有工程应用价值的一些结论.同时分别对单层铝板、自由阻尼层板和约束阻尼层板进行了模态试验和响应试验,识别了结构的阻尼,验证了理论计算的正确性.本文还给出了阻尼夹层板结构动力响应的一种近似计算方法:将粘弹性材料看成完全弹性的材料,将粘弹性材料的阻尼以比例阻尼的形式给出,利用试验得出或估算公式给出结构模态阻尼,采用直接积分法求解.计算了简谐激励下的响应,并与实测的结果进行了比较分析.结果表明了该计算方法的合理性,为工程近似计算提供了一种简便的计算方法.     

四边形蜂窝夹层板的优化设计分析

夹层板结构是近代发展起来的一种比较先进的结构形式,具有比强度高、比刚度大等特点。以某舰船中部双层船底一个纵桁和肋板间距的船底板架单元为基础,在保证夹层板总质量、主尺寸与原板架相同的前提下,建立一系列夹层质量不同的四边形蜂窝夹层板模型。利用仿真算法,从结构损伤、能量吸收的角度分析其抗爆与抗冲击性能。对四边形蜂窝夹层板进行优化分析,得到一种优化模型。     

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。