船舶碰撞数值仿真的附加质量模型

根据船舶碰撞的运动滞后和局部损伤特性 ,采用附加质量处理流体 结构耦合作用 ,用详细的有限元模型表达撞击船首和被撞船侧的直接涉撞区结构 ,而将非碰撞区的船体结构视为刚体 ,形成一个附加质量模型用于碰撞仿真计算。附加质量模型不仅建模工作量小 ,而且CPU时间也大大减少。算例表明 ,附加质量模型与流固耦合模型的分析结果具有良好的一致性 ,可以满足一般的工程精度要求。     

双壳船内外壳结构耐撞性试验与仿真研究

结合船舶加筋板结构缩尺模型的耐撞性试验和有限元仿真分析,研究了双壳船舷侧内、外壳结构的碰撞损伤特性,并在此基础上对舷侧内、外壳结构的碰撞损伤性能进行了分析比较.结果表明:虽然双壳船舷侧内、外壳结构在耐碰撞能力方面的差异不是很大,但在渐进破坏过程及其总体破坏模式方面却存在一些明显的区别.而加强筋的侧向挤压变形对加筋板总体碰撞损伤性能并不会产生很明显的影响.影响船体舷侧结构耐撞性能的主要内力要素是加强筋截面内的轴力以及船壳板中面内的膜力.为了提高加筋板结构的耐碰撞能力,就要尽可能地减小结构的局部弯曲变形,较好的设计方案是增加外壳板厚度和减小加强筋尺寸.     

横截面参数化网格变形算法及耐撞性优化应用

薄壁梁结构是汽车等运载工具的主要承载构件，提高该类结构的耐撞性对乘员安全具有重要意义。然而，形状优化设计要求多组有限元模型与仿真分析，因此需要特定的建模技术或人工交互。本文提出了一种基于横截面形状的参数化网格变形方法，以实现已有有限元模型的有效重用。以给定有限元模型为输入，采用基于各向异性径向基函数网格变形方法，并结合骨架内嵌空间，可快速生成适用于仿真分析的有限元模型变体。以S形梁轴向冲击耐撞性设计为例，采用所提方法改变构件塑性铰区域的横截面形状，可快速（低于4 s）获取100组局部变形有限元模型，并采用代理模型技术和多目标遗传算法优化结构耐撞性。数值结果显示，构件耐撞性获显著提高，验证了所提参数化变形方法的有效性，展示了与一般形状优化框架的可集成性。     

横截面参数化网格变形算法及耐撞性优化应用

薄壁梁结构是汽车等运载工具的主要承载构件,提高该类结构的耐撞性对乘员安全具有重要意义。然而,形状优化设计要求多组有限元模型与仿真分析,因此需要特定的建模技术或人工交互。本文提出了一种基于横截面形状的参数化网格变形方法,以实现已有有限元模型的有效重用。以给定有限元模型为输入,采用基于各向异性径向基函数网格变形方法,并结合骨架内嵌空间,可快速生成适用于仿真分析的有限元模型变体。以S形梁轴向冲击耐撞性设计为例,采用所提方法改变构件塑性铰区域的横截面形状,可快速(低于4 s)获取100组局部变形有限元模型,并采用代理模型技术和多目标遗传算法优化结构耐撞性。数值结果显示,构件耐撞性获显著提高,验证了所提参数化变形方法的有效性,展示了与一般形状优化框架的可集成性。     

超高车辆与箱梁立交桥碰撞简化计算模型评估分析

为了考察受超高车辆撞击装配式钢筋混凝土箱梁跨线桥的冲击动力和破坏行为，以一起近来发生的实际工程事故为案例进行精化有限元数值分析，并提出了双质量-并联弹簧（double mass-parallel spring, DM-PS）简化车辆模型，以有效地模拟超高车辆与桥梁的非对心碰撞行为。所建议DM-PS简化模型的有效性通过与两种广泛使用的车辆模型包括全尺（full scale, FS）模型和简单刚体（simple rigid, SR）模型的比较而得到充分地评估。计算结果表明：采用FS模型可得到与事故现场照片基本一致的跨线桥撞击区域破坏特征；SR模型高估结构的局部破坏，弱化结构的整体变形；DM-PS模型对于预测结构破坏具有较高的准确性。因此，所提出的DM-PS模型为超高车辆撞击桥梁结构防护设计提供了一个简单有效的分析手段。在此基础上，利用DM-PS模型进行了详细的结构行为参数分析，深入考察了车辆撞击速度、撞击质量、撞击位置以及结构形式等效应。所得到的结论为：相比撞击质量，结构的冲击动力行为对于撞击速度有更高的敏感性；跨中受撞和边跨受撞的变形和破坏模式有较大差异，边跨受撞对于单侧支座损伤更严重；...     

控制棒驱动机构步跃提升碰撞的动力学建模

控制棒驱动机构(CRDM)在步跃提升时,钩爪部件会与承压壳体上的提升磁极发生面面碰撞。本文基于混合坐标法建立控制棒驱动机构有限元离散的刚-柔耦合动力学方程,用罚函数法计算了钩爪部件与承压壳体之间的碰撞力和应力分布情况。结果表明,刚柔耦合多体方法在仿真小变形碰撞时可以提高计算效率,同时又能达到与有限元方法同等的精度。进一步对碰撞模型不同区域的网格疏密和尺寸大小做了定量分析,得到了降低有限元网格数量的方法,可为工程中碰撞模型的网格划分提供参考。     

PROPAGATION OF IMPACT PULSE IN A CHAIN OF ELASTIC BALLS

采用Hertz 接触理论处理牛顿摆中球与球之间的相互接触,建立球链碰撞模型,观察到碰撞过程中类似孤立波的传播现象。为了便于处理“n 对m”碰撞的计算,编写了带有GUI (graphic user interface) 界面的计算程序,可以研究不同撞击球个数对撞击过程的影响,包括球心位置、球心速度以及相邻小球间的变形量与相互作用力随时间的变化规律。进一步比较了一维球链模型和三维有限元模型的结果,并实验观察了碰撞过程的细节,得到一致性结论。     

球链中冲击扰动的传播

采用Hertz接触理论处理牛顿摆中球与球之间的相互接触,建立球链碰撞模型,观察到碰撞过程中类似孤立波的传播现象.为了便于处理"n对m"碰撞的计算,编写了带有GUI(graphic user interface)界面的计算程序,可以研究不同撞击球个数对撞击过程的影响,包括球心位置、球心速度以及相邻小球间的变形量与相互作用力随时间的变化规律.进一步比较了一维球链模型和三维有限元模型的结果,并实验观察了碰撞过程的细节,得到一致性结论.     

双层环肋圆柱壳受多个物体撞击下的结构动响应

针对双层环肋圆柱壳受到多个物体的撞击问题，采用MSC.Dytran软件对受撞过程中的结构损伤变形、撞击力变化和能量转换进行数值模拟，并与模型试验相对比后发现:双层环肋圆柱壳结构同时受多物体撞击是一个瞬态动响应过程，在巨大瞬时冲击载荷作用下，受撞区壳板会迅速超越弹性变形而产生塑性变形；多物体撞击会造成外壳板一定区域的损伤变形，撞击力会相互干扰，导致其非线性特征更明显。结果表明，双层圆柱壳的外壳能对内壳起到较好的防护作用，在外壳没被撞穿的情况下，其结构变形会吸收绝大部分的撞击动能，可以通过优化外壳的吸能效率来达到双层壳体结构物内壳防撞的目的。     

飞机全尺寸风挡抗鸟撞击实验研究

采用高速摄像系统和数据测量采集系统,详细研究了鸟撞某型号飞机全尺寸风挡的动态响应全过程,分析了风挡撞击后的破坏模式,得到了风挡抗鸟撞击的临界速度及结构关键点的位移、应变时程曲线等重要数据.通过分析高速摄影照片,提出了用于鸟撞风挡数值仿真分析的鸟体形状模型.所获结果可为建立合理的鸟撞风挡有限元模型提供实验依据及验证实例.     

Analysis of structural behavior during collision event accounting for bow and side structure interaction

The main goal of this study was to investigate the effects of selected ship collision parameter values on the characteristics of the absorbed energy in several ship collision scenarios.Non-linear simulations were performed using a finite element method(FEM)to obtain virtual experiment data.In the present research,the size of the side damage from a collision phenomenon were measured and used to verify the numerical configuration together with the calculation results using an empirical equation.Parameters in the external dynamics of a ship collision such as the location of the contact point and velocity of the striking ship were taken into consideration.The internal energy and deformation size on the side structure were discussed further in a comparative study.The effects of the selected parameters on several structural behaviors,namely energy,force,and damage extent were also observed and evaluated in this section.Stiffener on side hull was found to contribute significantly into resistance capability of the target ship against penetration of the striking bow.Remarkable force during penetration was observed to occur when inner shell was crushed as certain velocity was applied in the striking bow.     

船舶密闭舱室火灾过程及其模拟计算

密闭舱室火灾是一个三维非定常过程，压力升高是这一过程的重要特征。本文采用质量守恒的方法进行压力校正，建立了计算密闭舱室火灾过程的数学物理模型，数值计算采用非均匀交错网格，结果与实验和理论分析相符较好。     

基于非结构网格的TTGC有限元格式的实现及在超声速流动中的应用

基于非结构网格系统,实现了时空三阶精度的TTGC有限元格式,并在三阶TTGC格式上发展了基于人工粘性的激波捕捉技术。在非结构网格下,采用这种方法对若干典型的超声速流动问题(SOD激波管、马赫数为3的前台阶流动以及马赫数为8的高超声速圆柱流动)进行了验证计算。结果表明,TTGC格式分辨率高,在粗糙网格下能够准确的模拟超声速流场中的激波、接触间断等复杂流动现象,并且能有效的控制间断附近的数值色散现象。与传统的有限体积方法相比,本文实现的TTGC有限元格式在模拟超声速流动问题方面具有格式精度高、数值耗散小等优点。     

船舶碰撞的研究方法和进展

本文简要评述船舶碰撞的研究进展和发展趋势。介绍了船舶碰撞研究的内容和方法（包括理论的和实验的）。本文重点阐述实船试验方法，包括实尺试验的基本步骤，实尺试验的输入参数选择和试验地点选择。最后提出了综合性意见，并介绍了国内在碰撞研究方面已做的工作和将要做的工作。     

基于能量原理确定系泊碰撞载荷的有限元法

准确地确定出船舶系泊时的撞击载荷, 对船舶及海洋平台的强度研究都是极其重要的. 提出了通过能量原理和有限元分析确定系泊撞击载荷的方法. 碰撞时, 动能和变形能满足能量守恒, 动能是包括附连水质量在内的船体总动能, 此动能在撞击时转化为变形能, 根据变形能与载荷的关系, 求出碰撞载荷. 通过具有碰撞载荷理论解的梁的验证, 表明该方法是完全可行的. 为实际工程提供了确定护舷撞击力的理论依据和计算方法.     

多尺度材料模拟的自适应有限元方法研究

研究了材料模拟中一类新型耦合多尺度的自适应有限元方法. 采用 微观分子动力学耦合宏观有限元的桥尺度方法来模拟材料破坏的前期行为，其中宏观有限元 计算推广到了一般非结构三角形网格. 材料破坏形成后，停止微观尺度的计算，它的进一步 发展和演化通过一个宏观模型来描述，采用自适应有限元方法来求解这一宏观模型. 其中， 后验误差估计的基础是变分多尺度理论，即自适应网格加密是基于粗尺度上残差分布和细尺 度上单元Green's函数. 计算中采用了破坏准则来模拟材料的断裂. 数值实验表明了 方法的有效性.     

Instability investigation for rotating thin spherical membrane

A fluid-filled truncated spherical membrane fixed along its truncated edge to a horizontal, rigid and frictionless plane and spinning around a center axis was investigated. A two-parameter Mooney–Rivlin model was used to describe the material of the membrane. The truncated sphere was modeled in 3D using finite element meshes with different symmetry properties. A quadratic function was used for interpolating hydro-static pressure, giving a symmetric tangent stiffness matrix, thereby reproducing the conservative problem. Various problem settings were considered, related to the spinning, and different instability behaviors were observed. Multi-parametric problems were defined, generalized paths including primary and secondary paths were followed. Stability of the multi-parametric problem was evaluated using generalized eigenvalue analysis based on the total differential matrix for the constrained problem. Numerical results showed that mesh symmetry affected the simulated stability behavior. Fold line evaluations showed the parametric effects on critical solutions.     

攻角对聚醚醚酮/泡沫镍双连续复合材料料浆冲蚀行为的影响

聚醚醚酮(PEEK)/泡沫镍双连续复合材料是一种新型复合材料，它是由比强度高的PEEK树脂(基体相)和韧性较高的泡沫镍(增强相)牢固结合而成，具有两相相互连通、拓扑连续和各向同性等特点. 使用孔径为100 PPI(每英寸孔隙数目)的泡沫镍与PEEK树脂混合，采用热压成型技术制备了PEEK/泡沫镍双连续复合材料(PEEK-Ni). 利用喷射式腐蚀冲蚀试验设备研究了纯PEEK树脂、金属镍和PEEK-Ni在5个攻角下(30°、45°、60°、75°和90°)的料浆冲蚀行为. 使用ANSYS Fluent有限元仿真软件对不同攻角下料浆的冲蚀过程进行建模和仿真，并设置了边界条件. 试验和仿真的结果均表明:随着攻角增加，冲蚀损伤形貌由月牙形损伤区域变为U型损伤区域，并最终发展成为围绕驻点的环形损伤区域，试验和仿真能相互吻合. 由于泡沫镍具有遮挡效应和协同效应，PEEK-Ni比纯PEEK具有更低的冲蚀损伤量，且对攻角不敏感.