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.     

缝合复合材料层板低速冲击损伤研究

通过三维动力学有限元法,以空间杆单元模拟缝线的增强作用,建立了缝合复合材料层板在横向低速冲击载荷作用下的渐近损伤分析模型。该模型考虑了缝合层板受低速冲击时的纤维断裂、基体开裂及分层等五种典型损伤形式,采用基于应变描述的Hashin失效准则和Yeh分层失效准则,并将其嵌入ABAQUS/Explicit用户子程序以实现相应损伤类型的判断及其材料性能退化。针对相同铺层的缝合与未缝合层板,模拟了低速冲击作用下的冲击响应和渐进损伤过程,数值结果与试验吻合较好,证明了该方法的合理有效性。同时探讨了冲击速度、缝合密度等对缝合层板冲击响应和损伤的影响。结果表明：有、无缝合层板的低速冲击响应具有类似的变化规律,缝合能够有效减小冲击损伤面积。随着缝合密度和缝线强度的增大,缝合对冲击损伤的抑制作用更为明显。     

敷去耦层有限加筋板声辐射近似解析解

本文主要研究了流体负载下敷设去耦阻尼层的加筋板,在外界激励力作用下的振动和声辐射,推导出了敷设去耦层有限长加筋板的振动响应和水下辐射噪声近似解析解。采用弹性理论来描述去耦层,并采用模态迭加理论构造响应函数,将加强筋等效为线力的作用,以复模量形式计及去耦阻尼层损耗因子,建立了敷设去耦阻尼层加筋板的理论解析模型,结合加筋板与去耦层变形连续条件、结构与流体连续性条件组成了声-流体-结构的耦合方程,结合数值计算方法,得到了有限长加筋板结构的振动位移及水下辐射噪声。开展相应数值算例与模型试验结果吻合较好,验证本文方法的正确性。     

复合材料层板的抗贯穿机理与模拟研究

为了研究树脂基纤维增强复合材料层板的抗侵彻贯穿机理和动态力学行为与抗侵彻毁伤的关系, 通过球形破片模拟弹贯穿实验表征了复合材料层板抗高速侵彻的吸能特性;通过高速摄影技术分析了层板 贯穿过程的瞬态变形失效特点;采用CT扫描成像及SEM 电镜分析等手段研究了复合材料层板的抗贯穿破 坏耗能模式。实验结果显示,高速冲击下层板抗贯穿吸能与入射速度成正比;高速侵彻过程是复合材料层板 高应变率变形的动态过程,高应变率动态力学行为对复合层板抗贯穿吸能特性影响显著;冲击波在层板中的 传播特性决定了不同破坏模式阶段的划分以及损伤区域的范围。基于复合层板高速贯穿下的动力学瞬态分 析,建立了复合层板抗高速侵彻吸能的两阶段动态破坏模型,模型计算值与实验值符合良好。研究结果表明, 应变率效应与惯性效应在复合材料层板抗侵彻性能分析中是不可忽视的2个关键因素。     

水下爆炸载荷作用下环肋加筋圆柱壳结构的弹塑性动力屈曲

为研究水下爆炸载荷作用下潜艇结构的动力屈曲现象,以潜艇耐压结构的简化模型环肋加筋圆 柱壳结构为研究对象,建立流固耦合有限元分析模型,应用瞬态有限元分析程序MSC.Dytran对该结构在水 下爆炸冲击载荷作用下的弹塑性动力屈曲行为进行研究,基于Budiansky-Roth准则和Southwell方法确定环 肋加筋圆柱壳结构的临界屈曲载荷,讨论结构动力屈曲的影响因素如载荷强度、网格密度、径厚比、长径比、加 筋截面间距、加筋尺寸等对环肋加筋圆柱壳结构动屈曲模态和临界屈曲载荷的影响。结果表明:采用建立的 流固耦合有限元分析模型,应用动力瞬态有限元软件MSC.Dytran可以对加筋圆柱壳结构的动力屈曲行为进 行模拟,模型网格尺寸大小、结构几何参数对结构的动力屈曲临界载荷都有一定的影响,其中加筋圆柱壳结构 的径厚比对结构的动力屈曲临界载荷影响最为显著。     

复合材料低速冲击损伤的数值模拟研究

为了研究复合材料层合板在低速冲击载荷的作用下层合板内部子层和层间损伤的演化,利用三维动态有限元模拟计算层板低速冲击的过程.在所建立的有限元模型中,分类考虑了不同的损伤模式.并采用薄壳单元模拟分析层合板子层的基体和纤维损伤.对于层合板的层间损伤,采用节点约束失效方法来预测分层损伤.通过仿真结果和实验数据的对比表明,模拟预测的损伤形状和损伤面积与实验结果基本一致.     

Optimum design of hierarchical stiffened shells for low imperfection sensitivity

A concept of hierarchical stiffened shell is proposed in this study, aiming at reducing the imperfection sen- sitivity without adding additional weight. Hierarchical stiffened shell is composed of major stiffeners and minor stiff- eners, and the minor stiffeners are generally distributed between adjacent major stiffeners. For various types of geo- metric imperfections, e.g., eigenmode-shape imperfections, hierarchical stiffened shell shows significantly low imper- fection sensitivity compared to traditional stiffened shell. Furthermore, a surrogate-based optimization framework is proposed to search for the hierarchical optimum design. Then, two optimum designs based on two different opti- mization objectives （including the critical buckling load and the weighted sum of collapse loads of geometrically imperfect shells with small- and large-amplitude imperfections） are compared and discussed in detail. The illustrative example demonstrates the inherent superiority of hierarchical stiffened shells in resisting imperfections and the effectiveness of the proposed framework. Moreover, the decrease of imperfection sensitivity can finally be converted into a decrease of structural weight, which is particularly important in the development of large-diameter launch vehicles.     

新型截面耐撞梁及其冲击吸能性能分析

提出了一种类似泡沫填充结构的轻质高吸能内部加筋薄壁梁的截面型式(加筋薄壁梁),采用数值仿真技术,以初始冲击力峰值、总吸能、比吸能为指标分析了该截面型式梁的抗弯性能.与同等质量的空心方形梁和泡沫铝填充梁进行比较,发现加筋薄壁梁的吸能性能(或比吸能)显著提高.同时初始冲击力峰值也有大幅下降,说明这种加筋薄壁梁是新型保险杠的良好截面型式.     

孔口缝合补强对含孔复合材料层板应力集中影响的数值模拟

提出的一种缝合线计算模型,通过数值模拟计算与实验结果比较,得到缝合线计算模型中相关的弹性参数.对复合材料开口缝合补强结构进行有限元模拟计算,分析了孔边及邻近区域应变、应力的分布规律,得到不同缝合参数、孔边不同位置以及不同载荷条件下的应变、应力集中系数,并给出合理的孔口缝合参数设计方法及相关结论.研究结果表明:含孔拉伸试件在孔边θ=0°处,切向拉伸应力最大;在θ=90°处,切向压缩应力最大;在孔口0°和90°之间存在拉应力与压应力的转换点,缝合补强后,此转换点大约在θ=56°左右.     

侧向不均匀冲击下环向加筋圆柱壳的动力响应

针对空投鱼雷入水冲击问题,研究了环向加筋圆柱壳在侧向不均匀冲击载荷作用下的动力响应。考虑了壳体剪切变形、转动惯性以及加筋肋骨的拉伸、弯曲和剪切变形,运用Hamilton变分原理推导出了运动方程,并且采用一种半解析有限差分法进行了求解。分析了加肋数目、截面宽度比及加筋形式等因素对结构动力响应的影响。