聚氨酯泡沫铝复合结构抗爆吸能试验及数值模拟分析

通过对聚氨酯泡沫铝和混凝土组成的复合结构进行接触爆炸试验,探讨了聚氨酯泡沫铝的吸能性能,并进行数值模拟分析。结果显示:聚氨酯泡沫铝的吸能性能明显优于泡沫铝,吸能层厚度对吸能效果影响很大,多层结构的聚氨酯泡沫铝吸能性能对比厚度一致的单层吸能层结构没有明显的改善;在保证了比较合理的吸能层厚度后,防护结构的每一层材料层存在着一个最佳的厚度组合来保证复合层优良的抗爆性能。     

泡沫铝夹层结构抗冲击性能的近场动力学模拟分析

针对某光学舱所采用的泡沫铝夹层防护结构在破片冲击下的抗冲击性能问题,采用Monte-Carlo方法创建了泡沫铝结构的二维细观模型,在常规态型近场动力学理论中引入了Mises屈服准则和线性各向同性强化模型,建立了近场动力学塑性本构的数值计算框架。基于近场动力学计算程序模拟了低速冲击作用下泡沫铝夹层结构的塑性变形以及有机玻璃背板的裂纹扩展形态,分析了泡沫铝芯材孔隙率对该夹层结构抗冲击性能和损伤模式的影响规律。结果表明：泡沫铝夹层结构良好的塑性变形能力是其发挥缓冲与防护作用的主要因素,并且在一定范围内,泡沫铝芯材孔隙率越高,则夹层结构具有更好的抗冲击性能;当泡沫铝孔隙率从0.4提升到0.7时,泡沫铝对冲击物的动能吸收率从90%提高到99%;模拟结果与实验结果具有较好的一致性,验证了模拟结果的准确性和分析结论的有效性。通过数值模拟,预测了有机玻璃背板的裂纹扩展形态,发现提高泡沫铝的孔隙率能获得更好的防护效果。     

高速飞行器中空翼结构高温热振动特性试验研究

远程高速飞行器飞行速度快, 滞空时间长, 飞行过程中翼、舵等结构会出现长时间的剧烈振动, 由气动加热产生的高温还会使飞行器材料和结构的弹性性能发生变化, 从而引起翼、舵等结构振动特性的改变.因此获得高温与振动复合环境下的远程高速飞行器翼、舵等结构的振动特性参数对于高速飞行器的安全设计具有非常重要的意义.将高温热环境试验系统与振动试验系统相结合, 在对中空翼面结构进行振动激励的同时使用红外辐射加热方式对翼面结构生成可控的热环境, 并通过自行设计的耐高温引伸装置将中空翼结构的振动信号传递到非高温区进行数据采集与分析的方式, 实现了高达800℃~900℃的力热复合环境下的翼结构固有频率、模态等振动特性参数的试验测试, 其试验结果为远程高速飞行器中空翼结构在高温振动环境下的动特性分析和安全可靠性设计提供了重要依据.     

泡沫铝防护钢筋混凝土板的抗爆性能

为研究多孔吸能材料泡沫铝板对工程结构的抗爆防护作用,开展室外爆炸破坏实验,分别对设置不同泡沫铝防护层的钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)板在爆炸荷载下的动态响应及破坏模式进行了研究,并运用LS-DYNA软件建立了有限元模型。通过与实验对照,验证了模型的可行性,对比分析了有、无泡沫铝防护层钢筋混凝土板的损伤破坏规律,并讨论了泡沫铝密度梯度分布和纵筋配筋率的影响。结果表明:有限元模型能够有效分析含泡沫铝防护层RC板的动态响应及其破坏形态;泡沫铝防护层能够有效减小钢筋混凝土板的挠度变形,降低试件的破坏程度;泡沫铝密度由下到上递增情况对RC板的减爆效果最好;增大配筋率可以提升泡沫铝防护RC板整体抗爆性能。     

泡沫铝子弹高速撞击下铝基复合泡沫夹层板的动态响应

应用一级轻气炮驱动泡沫铝弹丸高速撞击加载技术,对实心钢板以及前/后面板为Q235钢板、芯层分别为铝基复合泡沫和普通泡沫铝的夹层板结构,在脉冲载荷作用下的动态力学响应进行实验研究。结果表明:泡沫铝子弹高速撞击靶板可近似模拟爆炸载荷效果;铝基复合泡沫夹层板的变形分为芯层压缩和整体变形两个阶段;与其他靶板相比,铝基复合泡沫夹层板的抗冲击性能最优。基于实验研究,应用LS-DYNA非线性动力有限元软件,对泡沫铝夹层板的动态响应进行数值模拟。结果表明:泡沫铝子弹的长度和初始速度对子弹与夹层板之间的接触作用力影响显著,并且呈线性关系。泡沫芯层强度对等质量及等厚度夹层板的抗冲击性能均有显著影响,夹层板中心挠度对前、后面板的厚度匹配较为敏感,在临界范围内,若背板厚度大于面板厚度,可减小夹层板的最终挠度。夹层板面板宜采用刚度较低、延性好、拉伸破坏应变较大的金属材料。     

泡沫夹芯结构双侧挖补法修理分析与试验探讨

以泡沫夹芯结构为研究对象,通过四点弯曲试验研究了完好结构、损伤后结构和采用双侧挖补法复合材料补片修理后结构的承载能力.试验结果显示,试件未在修理区域破坏,而是远离修理区的加载处泡沫芯材破坏;试件中心点处应变相同时,修补后结构的承载能力小于完好件承载能力的80%.文中对产生这些问题的原因和解决措施进行了探讨.另外,采用ABAQUS有限元软件对以上几种结构进行了模拟分析,分析结果与试验结果吻合较好.     

粘弹性铰对梁结构模态性能的影响分析

研究以连接铰结构中置入粘弹性材料的,预紧力大小发迹时引起铰点约束刚度变化对模态性能的影响,给出了平移约束刚度和旋转约束刚度变化时结构模态参数变化的解析表达式,可以分析两个参数同时变化的固有频率和损耗因子变化的三科。可获得对了大损耗因子约束参数,可为结构的被动控制设计提供一定的指导。     

基于动态神经网络非线性结构辨识的研究

利用Ｅｌｍａｎ动态递归神经网络,对非线性结构进行黑箱辨识,建立了它的非线性状态方程;提出了加快网络收敛速度的自适应学习算法。辨识结果表明,动态递归网络模型优于传统辨识模型,适于非线性、不确定结构的辨识。     

Kelvin结构开孔泡沫材料的弹性性能研究

采用一修正的十四面体结构模型(Kelvin结构模型)对开孔泡沫金属的弹性性能进行研究,对低密度开孔泡沫材料表现出不可压的特性进行了分析。该模型考虑作用在泡沫筋条上的弯矩、剪力和轴向力,以及轴向力的平衡。修正模型的数值计算结果与实验结果及其他模型的结果进行了对比,结果表明修正模型计算的杨氏模量比原有模型的略有提高,筋条截面为星形的修正模型计算的结果与实验比较符合。在密度等同的条件下,筋条截面惯性矩越大的开孔泡沫材料,其弹性模量也越大,而泊松比则越小。Kelvin结构的开孔泡沫材料的泊松比随相对密度的减小而趋于0.5。     

基于三维弹性理论的约束阻尼结构振动阻尼特性分析

本文根据三维弹性理论建立了多层弹性－粘弹性阻尼复合板自由振动的运动方程．该方程所根据的力学模型包括了影响阻尼复合板振动的几乎全部变形因素，包括弹性层和粘弹性层的平面剪切、横向剪切、纵向拉伸以及粘弹性层在厚度方向的胀缩变形。用该方程对工程声学问题所关注的中高频域结构损耗因子进行了数值计算。此外，对“附加型”和“成品型”两种结构型式约束阻尼板损耗因子的差异，尤其是阻尼层的厚度方向胀缩变形耗能对结构损耗因子的影响，进行了计算讨论。     

粘弹性结构自由振动分析

提出一种分析粘弹性结构自振特性的数值方法,通过弹性等效空间特征值问题及一个代数方程的求解,得出粘弹性结构的频率及振型。此外建立了薄板的粘弹性动力方程并给出相应的求解方法。文中做了数值验证。     

液体边界层对平板结构振动阻尼效应分析

本文分析了液体边界层对平板振动的阻尼效应，基于液体的Stokes边界层理论，建立了考虑液体边界层阻尼效应的平板振动单自由度系统运动方程，利用Laplace变换方法求解了运动方程，得到了平板结构的位移响应解答，制作了一个单自由度质量-弹簧系统来测量水体粘滞阻尼效应，并将理论与试验结果进行了对比分析，表明Stokes边界层理论能较好模拟水体的粘滞阻尼特性，边界层阻尼明显减小了结构的动力响应，本文最后讨论了所提的分析方法的适用范围．     

用改进型广义协调元分析薄板的振动与稳定

本文在文献[1]和[2]的基础上,将改进型三角形广义协调元TGC-9-1应用于薄板振动和稳定分析中。推导出带有一个内部自由度(外部结点有九个自由度)的三角形板单元的协调质量矩阵和几何刚度矩阵。并通过算例表明,改进型广义协调三角形单元(TGC-9-1)具有良好的性态和更好的精度,程序简便。     

用局部Petrov-Galerkin法分析薄板自由振动

利用薄板振型方程的等效积分弱形式和对振型函数采用移动最小二乘近似函数进行插值，本文进一步研究了无网格局部Petrov-Galerkin方法在薄板自由振动问题中的应用。它不需要任何形式的网格划分，所有的积分都在规则形状的子域及其边界上进行。在插值近似时，采用虚拟-实际节点值变换方法直接引入本质边界条件。通过数值算例和与其他方法的结果进行比较，表明无网格局部Petrov-Galerkin法求解弹性薄板自由振动问题具有收敛性好、精度高等一系列优点。     

ANALYSIS OF NONLINEAR DYNAMIC RESPONSE FOR VISCOELASTIC COMPOSITE PLATE WITH TRANSVERSE MATRIX CRACKS

I. INTRODUCTION The composite material and the composite structure are liable to generate damage during manufactureand under load, which will lead to a decrease of the material and structure’s mechanical properties.It is accepted that there exist four…     

厚圆板轴对称振动的弹性力学解

本文以轴对称三维弹性力学基本方程为基础,导出厚圆板强迫振动的状态方程式。利用Ｍａｃｌａｕｒｉｎ级数和Ｓｙｌｖｅｓｔｅｒ定理,厚圆板的位移和应力可以用中面位移和应力的微分算子表示。通过载荷分解和圆板表面条件,可以得到厚圆板在对称载荷与反对称载荷作用下的振动控制方程。求解了厚圆板在周边固支和简支条件下的对称与反对称的自由振动问题。通过数值计算得到了这两类自由振动的固有频率。本文的方法适用于求解厚圆板在     

薄板振动特征值问题的一种改进积分方程解法

本文根据一种改进的边界元/有限元混合法求解薄板振动固有频率问题,既避开了标准的边界元法所导致的求解非代数特征值方程的困难,亦能够基本上消除通常的边界元/有限元混合法结果精度受区域内部单元划分影响较大的弊端。文中讨论了迭代算法的收敛问题,并用于薄板固有频率分析。数值结果表明,即便是在域内单元很粗疏划分的情况下,本文的方法仍能给出相当满意的结果。     

可控约束阻尼层板的杂交控制

用局部压电层控制约束阻尼约束层产生一种新的主、被动杂交控制形式,称为可控制 约束层。本文根据弹性材料、粘弹性材料、压电材料的本构关系和变形连续条件,建立了可控约束阻尼层板的控制微方程;从理论上证明了用离散小压电片组合来代替整体压电层而不影响作动效果,改善了结构的工艺性;利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法和ＧＨＭ方法建立了系统的近似低阶方程对一试验模型进行了控制数值模拟和试验实现,结果表明这种杂交控制对控制     

独塔斜拉桥的环境振动试验与分析

桥梁环境振动试验具有简单方便和花费少等优点.本文以吉林市临江门大桥为工程背景,通过动力试验,研究了该桥在天然脉动荷载作用下的固有特性.采用结构分析软件ANSYS建立全桥的空间模型,计算该桥的固有特性.有限元计算结果与动力试验结果比较吻合.结果表明,环境振动响应足以识别出该桥所感兴趣的模态,可作为该桥的有限元模型修正、损伤检测、使用状态评估和健康监测的基础.     

可控约束阻尼层板的控制实验研究

对具有可控约束阻尼层的板进行了振动控制实验研究． 以压电片作为作动器,根据测量的结构振动信号,反馈控制约束层的变形,抑制板的振动． 对试验件进行了试验模态分析,讨论了压电片的附加位置;采用比例反馈对试验件进行了控制试验;试验给出了控制效果和压电片面积的关系． 研究结果证明,这种利用粘弹性阻尼抑制结构的高频振动,利用压电材料的逆压电效应控制结构的低频振动的主被动杂交控制方式对薄壁结构的振动抑制效果显著,控制频率范围宽,可靠性高．