船用钢/铝爆炸焊过渡接头的疲劳试验

为了测试船用钢/铝爆炸焊过渡接头的疲劳性能,基于有限元方法,以钢/铝过渡接头为研究对象,重点研究过渡接头结合界面的疲劳强度,设计由3种材料组成的爆炸焊过渡接头试样,并结合数值仿真,对过渡接头试样在试验载荷下的受力进行分析,得到应力集中和容易疲劳失效的位置。结合试验研究,开展不同应力等级下过渡接头的疲劳试验,获取试样疲劳断裂数据,结合数值仿真和试验研究得到爆炸复合过渡接头整体应力分布和失效部位。通过疲劳试验发现试样断裂面均出现在铝合金和纯铝的界面处;通过试样疲劳循环次数拟合得到了名义应力的S-N曲线。该研究成果可用于指导船用爆炸复合结构的疲劳寿命预报,为船舶轻量化设计提供参考。

基于缺口应力方法的钛合金薄板焊接接头疲劳性能研究

文中对TA23薄板钛合金设计了对接接头和十字接头两种接头尺寸,开展了系列疲劳试验,得到了两种焊接接头的疲劳等级曲线.参考现有规范及学者建议的三种不同虚拟半径值0.05、0.3、1 mm,基于缺口应力评估方法对两种接头在焊趾处构建了三种不同的虚拟半径圆弧,建立有限元模型.计算对应的缺口应力,结合试验数据,拟合两种焊接接头在三种不同虚拟半径下统一的S-N曲线,分析分散带指数.结果表明:1 mm的虚拟半径更适用于TA 23薄板钛合金.

载人潜水器有机玻璃视窗蠕变-疲劳特性分析

通过对棒状有机玻璃试样进行短期蠕变试验,揭示载人潜水器视窗玻璃材料的蠕变特性。开展有机玻璃蠕变断裂试验,获得有机玻璃材料的蠕变断裂寿命,给出蠕变断裂时间和保载应力水平成双对数线性相关的结论及相应的线性拟合方程,并开展拉伸疲劳试验获得不同峰值应力下的拉伸疲劳寿命。对300 m观光潜器有机玻璃视窗在不同下潜深度下的应力水平进行分析,并结合基于线性累计损伤理论的时间寿命分数法,实现对300 m载人潜水器有机玻璃视窗考虑保载蠕变的疲劳寿命估算。

V形斜缺口薄板结构应力场评估方法研究

文中对含有复杂V形倾斜角的薄板结构应力场进行了理论分析和数值研究.通过建立奇异强度因子as与缺口应力强度因子N-SIF的关系,获得无量纲的N-SIF,在此基础上建立一系列不同几何尺寸、张开角与倾斜角下的有限板宽的斜裂纹切口薄板模型,对切口的应力场进行简化与拟合.通过控制变量法得到奇异强度因子与无量纲N-SIF的关系曲线,拟合得到简易的V形倾斜角的薄板结构应力场和N-SIF评估公式.将拟合出的N-SIF简化计算公式和有限元计算结果与传统文献计算结果进行对比与误差分析.结果表明:拟合出的应力场公式精度较高,可实现复杂倾斜角下V形切口应力场的快速评估.

连续开口耐压壳结构极限强度分析

以一观光潜艇圆柱壳为原型设计试验模型,在压力容器内进行模型的静水压试验,记录试验压力和相应测点的应变。试验得到的应力、变形,以及极限承载力与ABAQUS有限元分析的结果吻合良好。进而使用有限元方法计算原型潜艇耐压壳的极限强度,并与CCS规范和ABS规范的计算结果进行对比,结果表明,现有规范更适用于舷侧无连续大开口的常规潜艇;对于水下观光潜艇,使用试验和有限元相结合的方法来评估其极限强度正确可行。

含观光筒的复合材料游艇直接计算方法研究

文中以一具有底部观光筒体的复合材料游艇为研究对象,对比分析规范计算方法和SESAM设计波方法对含观光筒复合材料小艇设计载荷计算结果的区别,结果表明:相较于规范方法,设计波方法在计算船体设计载荷时可充分考虑船体结构形式的影响,在对含观光筒的船舶载荷进行计算时应采用设计波方法.此外,在SESAM计算载荷的基础上对含观光筒复合材料结构强度进行了直接计算,并采用最大应变衡准对船体结构强度进行校核,结果表明:强度校核时的计算应变与许用应变的比值在60%以内,本文计算的含观光筒复合材料船体结构的强度安全裕度较大.

环形热管蓄冷保温箱空载均温性能研究

针对传统蓄冷箱箱内温度均匀性差的问题,提出环形热管结构蓄冷保温箱的设计,建立了空载均温性能的三维数值仿真模型,并进行了试验验证,对比分析了环形热管保温箱与常规结构蓄冷保温箱蓄冷板不同布置方式(四周布置、侧面+顶部+底部布置、中间布置)保温时间和温度均匀性的差异。结果发现,与常规结构蓄冷箱相比,环形热管结构的蓄冷保温箱的温度场、速度场均表现出较好的均匀性,其温度不均匀度为1.13,保冷时间为23 h。内部的环形热管在箱内形成环形流场,加强了对流换热,使整体温度均匀性更好。

高速艇在波浪下的砰击载荷模型试验研究

高速艇多采用滑行艇型,在波浪中高速航行时,其砰击载荷、运动和结构响应具有十分复杂的强非线性特征。目前尚无有效的数值方法评估高速艇的砰击载荷及其响应,因此多采用模型试验的方法进行测试。本文针对某高速滑行艇开展水池模型试验研究高速艇在波浪工况下的砰击载荷和响应特性;根据相似理论和水池参数确定模型主尺度和波浪工况;根据测试目的制定模型的结构方案,确定模型的参数测点布置方案,并制定高速艇模型试验方案;试验获得高速艇模型在波浪工况下高速航行时的系列砰击压力、加速度和船舯弯矩等试验数据,并对相关数据进行统计分析;通过研究航速、波高、波长等参数对高速艇砰击载荷和响应的影响,得到各工况下压力峰值沿船长的变化规律以及高速艇在波浪海况下的砰击载荷和结构响应特性。本试验研究对于高速艇的实船设计研发具有指导意义。

聚丁二酸丁二酯切片的储存稳定性

为了探讨在工业化仓储条件下,生物可降解聚酯——聚丁二酸丁二酯(PBS)的分子量、低聚物含量、切片可加工性能的变化规律,以PBS切片为研究对象,选择真空干燥和鼓风干燥两种干燥方式,避光自然吸湿、真空日晒和真空避光三种储存方式对样品进行干燥和长期储存。系统分析了不同干燥及储存条件对PBS特性黏度、熔体流动性、含水率及低聚物含量的影响。结果表明,与真空干燥相比,鼓风干燥方式可以更快速地干燥PBS样品,在干燥24 h时含水率已降至2.45‰,且样品特性黏度下降较少,熔体流动速率未有显著增加。各储存条件下,随着储存时间的延长,样品内可挥发物含量均有增加。对于黏均分子量,真空日晒对PBS样品分子量的影响显著强于避光自然吸湿。短期储存PBS样品(21 d及以内),真空避光保存可以更好地保持PBS原有的分子量、熔体流动速率,且能有效降低PBS切片中低聚物的析出。

带泄压孔的舱室内爆冲击波载荷特性

[目的]旨在研究带泄压孔舱室内爆冲击波载荷特性及其在邻舱内的传播规律。[方法]开展双舱室泄爆的数值仿真分析,基于Baker公式分析爆炸当舱压力下降的规律。基于邻舱内压力分布特性,采用最小二乘原理推导邻舱内的初次峰值压力经验公式。[结果]结果显示,在泄爆过程中,泄压孔的增大会改变当舱和邻舱内压力场的初始形态,表现为弱化当舱压力汇聚及叠加作用和强化邻舱压力的传播。在不考虑舱壁结构形变的影响下,冲击波穿过泄压孔后呈现桃形和水母形压力分布,且出现了压力分层及随角度衰减的现象。[结论]研究结果有助于舱室内爆载荷特性研究。

负泊松比曲边内凹同心蜂窝结构冲击吸能特性研究

基于传统内凹六边形蜂窝,引入机械超材料设计理念构造了一种曲边内凹蜂窝结构,并结合仿生学原理,设计了双同心及三同心蜂窝结构.在不同冲击速度载荷下对各种蜂窝结构的变形模式和吸能特性进行了比对分析,结果表明:相比于单胞数蜂窝结构,多胞数同心蜂窝结构的变形模式存在差异,在低、中、高冲击速度下均具有更高的平台应力和比吸能,且随着同心胞数增加,抗压溃能力和吸能能力越强.结合功能梯度材料设计理念,构造了四种具有同心梯度的蜂窝结构,对其在低速下的变形模式和吸能效果进行了分析,发现同心梯度的分布顺序对蜂窝结构的变形模式和吸能特性影响较大,单向逆同心梯度设计的蜂窝结构表现出较好的能量吸收特性,通过同心梯度分布设计,能够调控蜂窝结构的变形模式和吸能效果.

Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构抗侵彻数值模拟

结合金属/复合材料层合结构的抗侵彻能力,基于混合蜂窝结构低成本、高韧性以及在低速冲击下吸能的特点,设计了一种Al/CFRP(carbon fiber reinforced plastics)/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构,旨在利用各层结构特点,逐步降低弹体速度,高效吸收弹体动能,以达到防护效果。为探究Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构在弹体侵彻下的损伤演化规律及吸能特性,开展了Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构在弹体侵彻下的数值分析,探讨了冲击能量对多层结构抗侵彻性能的影响。结果表明:与Al/CFRP复合结构相比,引入混合蜂窝铝后,结构给予弹体的反作用力增大,在能量不变的情况下,弹体作用板的时间变短。在Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构抗侵彻过程中,Al板和CFRP芯层主要抵抗侵彻以降低弹体速度,混合蜂窝铝主要是吸能。在40 J的冲击能量下,结构总吸能为36.79 J,比吸能为0.217 J/g,蜂窝铝芯层吸能占主要部分,吸能比率为30.3%;随着冲击能量的增大,蜂窝铝芯层的吸能比率增至56.2%,即冲击能量较大时蜂窝铝芯层的吸能效果更好。

舰船舷侧防护液舱舱壁对爆炸破片的防御作用

针对破片撞击液舱外板，建立分析模型探讨背水靶板的穿甲过程。以能量分析为基础，根据破片穿甲的运动方程和德·玛尔模型，推导破片穿透背水靶板后的剩余速度公式。根据给出的剩余速度公式，计算不同初始速度（1．0～1．6km／s）的破片穿透背水靶板后的剩余速度，根据已有剩余速度公式计算破片以同样的初始速度穿透背空靶板后的剩余速度，并用非线性动力学分析软件AUTODYN对相应的破片穿甲过程进行数值模拟。模拟结果能较好地与理论计算结果相吻合。与破片穿透空背靶板的情况相比，破片穿透背水靶板后剩余速度降低更明显。破片初始速度越高，板后的液体对破片阻碍作用越明显，破片速度降越大。

截锥形弹穿甲单加筋板的破坏特性

为准确掌握截锥形弹体垂直穿透单加筋板后的打击深度,需要清楚知道弹体穿甲加筋板后的剩余速度。截锥形弹正穿甲板架,形成与截锥面相同的凿块,面板产生花瓣形破坏,腹板受到锥面的挤压发生塑性变形,翼板发生翻转,在此破坏模型基础上,确定板架的能量消耗方式。穿甲过程中,板架耗能主要通过凿块的剪切变形、凿块的动能、板架的挤压塑性变形、花瓣动力功、裂缝的径向扩展和花瓣弯曲6种方式完成。从能量角度出发,对每种耗能方式进行能量公式推导,确定在穿甲过程中靶板消耗的能量,根据能量守恒原理推导弹体的剩余速度和弹道极限速度。将弹体剩余速度理论结果与数值模拟结果进行对比,吻合较好,验证了理论公式的可靠性。