基于热分解的舰用复合材料S2/430LV热工参数

为了研究S2/430LV在热分解前后的热工参数,首先利用热重分析仪对氮气环境中S2/430LV复合材料和430LV树脂进行30~800℃环境下热重试验,分析了两种材料在不同升温速率下热分解响应特征;然后,基于阿伦尼乌斯方程,采用微分法与积分法相结合的方法,确定了S2/430LV热分解动力学参数。研究结果表明:430LV树脂和S2/430LV复合材料在氮气环境中均呈现单一热分解过程,纤维织物会促进430LV树脂基体热分解反应;采用Kissinger方程和Flynm-Wall-Ozawa方程确定S2/430LV活化能取值范围;利用Coats-Redfern方程确定S2/430LV最优热分解机理函数和指前因子,从而建立分解率和温度的函数关系式;采用混合定律,建立了考虑材料分解的热工参数模型。研究结果可为舰艇复合材料结构耐火传热性能研究提供有效数据支撑。

实践性课程混合式教学的特点与实施要求研究

随着信息化和数字化技术的发展,线上线下混合式教学模式在实践性课程教学中得到了越来越多的应用。为提高混合式教学模式的应用水平,提升实践性课程对人才能力和素质的培养效益,文章对实践性课程开展线上线下混合教学各阶段的要求进行了研究,并从师生、支撑条件及课程考核评价等角度对混合式教学体系的要素特点进行了剖析和研究,提出了实践性课程线上线下混合式教学实施的基本原则。

复合材料制备与性能检测实训教学平台建设与教学实践

为了满足本科课程“舰艇结构”复合材料结构部分,以及研究生课程“复合材料概论”“复合材料结构设计”等工程实践需要,我校建立了复合材料制备与性能检测实训教学平台,该平台主要包括:原材料存储系统、纤维织物裁剪系统、液体成型系统、切割打磨系统以及性能检测系统,形成了从原材料存储到复合材料成型与性能检测的完整系统功能链条。该平台的建立,一方面有利于提高学员动手实践能力,掌握舰艇复合材料结构相关的成型方法和操作流程;另一方面可用于本校内复合材料相关专业研究生的毕业论文和相关科研项目的研究工作。实训教学平台为夯实教学体系完整性,促进学科建设与发展,培养新时期创新型人才提供了坚实基础。

无人潜器耐压壳体选型与承载特征规律研究

[目的]以无人潜器耐压结构轻量化设计技术为背景,以圆柱壳段为对象,开展典型材质耐压柱壳段承载特征规律研究。[方法]首先,根据耐压壳力学特性,分析得出5种典型材质耐压壳段的承载规律和最优临界承载设计值(同时发生应力强度失效和稳定性失效);然后,基于工程需求,进一步探讨不同潜深时各典型材质耐压壳段的承载特性。[结果]结果显示,随着潜深的增加,壳板的失效模式将由稳定性破坏逐渐转变为强度破坏,最优临界承载设计值与材料属性有关;考虑承载效率等因素,在进行圆柱形耐压壳体材料选型时,300 m潜深范围内应选用铝合金壳体,300~600 m潜深范围内宜选用钛合金和玻璃纤维复合材料壳体,600~1000 m潜深范围内建议选用钛合金和碳纤维复合材料壳体,1000~3000 m潜深范围内的最佳方案则选用碳纤维和硼纤维复合材料壳体。[结论]所做研究可为不同材质无人潜器耐压壳体材料选型提供依据。

FRC/钢嵌入式T型接头疲劳试验及可靠性分析

为了研究FRC/钢嵌入式T型连接接头疲劳特性,采用真空成型工艺(VARTM)及缝合技术制作T型连接接头,利用Letry疲劳试验机对接头开展拉-拉疲劳试验。根据疲劳试验结果,研究了T型接头在拉-拉疲劳载荷作用下初始损伤特性及损伤演变规律;基于两参数Weibull分布模型,开展T型连接接头疲劳可靠性分析,拟合得到接头在不同应力水平下的疲劳寿命分布规律,给出接头在不同应力水平下疲劳可靠度函数,以及接头在指定可靠度下应力/寿命双对数曲线关系式(R-lnS-lnN曲线)。结果表明,ln ln[1/R(N)]与lnN呈现良好的线性关系,T型接头疲劳寿命服从Weibull分布;疲劳寿命可靠度双对数方程建立了可靠度、疲劳寿命以及疲劳应力的关系,可指导接头疲劳可靠性设计和工程应用。

复合材料上层建筑总纵弯曲特性与设计要求分析

[目的]针对复合材料上层建筑总纵强度问题,采用有限元分析法开展复合材料上层建筑总纵弯曲特性与设计要求分析。[方法]首先,分析不同长度、不同上层建筑材料等效弹性模量下简化船体模型纵向应变沿高度方向的分布规律,并利用二次函数对纵向应变分布进行非线性拟合;然后,基于拟合的结果提出复合材料上层建筑设计要求,并在结构形式与材料属性两方面对设计要求进行阐述;最后,根据弯矩有效度概念,在国军标的基础上提出不同长度、不同材料下上层建筑完全参与总纵弯曲的判定方法。[结果]分析结果表明,常见的树脂基纤维增强复合材料能够满足上层建筑结构的总纵强度要求;超过0.3倍船长的复合材料上层建筑结构应当计入剖面强度和刚度校核。[结论]所做研究可为未来我国复合材料上层建筑结构的水面舰船设计提供一定的参考价值。

复合材料加筋/夹层板壳声振特性研究进展

复合材料加筋/夹层板壳结构在众多工程领域结构物中已得到广泛应用,研究其声振特性对于指导工程设计具有重要意义。本文对国内外复合材料加筋/夹层板壳结构声振特性的研究进行回顾、梳理和归纳,并探讨各种研究方法的适用性,以及未来的研究趋势。综述结果表明:解析与数值相结合的研究方法兼具灵活性和高效率,是研究声振特性的有效方法,也是重要的发展方向;新材料的应用给研究带来了新变化,增大了结构动力学和声学的设计空间;现有的分析方法可以模拟出结构的任意边界条件而无法还原实际边界条件,因而需要结合试验研究作为支撑。

不同筋材对复合材料加筋板水中透声性能影响试验研究

[目的]为探索使用复合材料筋材替代钢质桁架的可行性,针对加筋板近场声散射特性,提出复合材料筋材设计方案,并开展相关试验研究。[方法]首先,基于水声材料测试标准建立加筋板透声性能试验方案;然后,通过消声水池自由场标定及扁钢与钢质桁架的透声性能对比,验证试验环境与试验条件的可行性;最后,通过试验分析正入射与斜入射条件下加筋板的透声性能规律。[结果]结果表明:在正入射与斜入射条件下,加筋板的透声性能规律基本相同,其透声性能依次为裸板>钢质桁架>复合材料帽型加筋板;复合材料筋材的透声性能受入射面横截面积的影响较大,横截面积越小的加筋板其透声性能越优。[结论]研究结合试验分析探索了未来研制高透声复合材料加筋板的方向,即在保证弯曲刚度相等的前提下,复合材料筋材应尽量采用镂空结构形式,并尽可能降低其入射面横截面积;另在设计筋材时应尽可能减少材料使用的种类,以减少筋材中不同材料界面的数量。

防风系泊系统系泊线张力的简化计算

针对防风系泊系统的特点,利用单系泊线系泊点水平距离与系泊力大小之间的关系,采用几何近似假设将承载时的系泊线形状近似为极限状态时的直线。首先利用悬链线理论中的假设,分析得到使用简化计算的条件与张力计算的简化公式,并应用到组合系泊线结构的求解。然后分析悬链线参数和垂跨比对张力计算结果及其误差的影响。最后通过2个算例分析,分别对单系泊线问题的悬链线法、近似抛物线法和简化计算方法的结果进行对比,并对典型防风系泊系统的组合系泊线进行计算分析。

“知识-趣味-情感”三位一体教学方法设计构建及评价

为推动高等院校专业课程“大思政”教学理念的发展,破解理工科课程教学单调枯燥、情感教育关注度不够等难题,文章以某校军港工程专业建设发展为例,提出了“以知识强基础,以趣味促提升,以情感厚人文”为指导思想的三位一体教学方法,明确了该方法的内涵和构建原则,搭建了以目标层、执行层和基础层为主体的方法构架,细化并完善了符合趣味教学和情感教育特点的评价指标体系,探讨了自评与他评、定量与定性、过程与结果等多种手段相结合的评价方法。研究发现,作为一种“以学为本”、综合性特点突出的教学方法,其构建方案及评价体系可为方法的后续实施提供指导,也可为其他教学方法提供参考借鉴。

基于功率流的复合材料层合板连接节点振动传递特性

[目的]为了研究复合材料层合板连接节点的振动传递特性,提出一种采用有限元功率流法并结合功率流可视化技术的分析方法。[方法]首先,验证用有限元实体单元功率流描述板壳振动的有效性;然后,引入功率流传递率评价指标,提出有限元模型功率流传递率的计算方法,并以导纳功率流法计算结果为参照来验证其有效性;最后,建立嵌入式连接和螺钉连接这2种复合材料层合板的连接模型,计算其功率流传递率曲线和典型功率流矢量图。[结果]对比验证结果表明,2种连接模型的振动传递路径和功率流传递率存在明显差异。[结论]有限元功率流法直观反映了连接结构的振动传递能力及振动能量传递路径,可为复合材料结构设计提供参考。

典型船用复合材料阻尼性能试验研究

为了研究树脂类型、纤维铺层角度、纤维种类及其混杂方式对复合材料阻尼性能的影响规律,本文针对环氧树脂QC350、乙烯基酯树脂430LV两种船用复合材料基体,碳纤维T700、玻璃纤维G430S两种增强纤维,通过真空成型制备不同纤维与树脂组合的复合材料试件,并开展动态机械热分析仪(Dynamic Mechanical Analysis,DMA)试验。结果表明:QC350纯树脂的阻尼性能优于430LV的阻尼性能,1 Hz~1 kHz频率内,两者的损耗因子ηmax(QC350)≈0.094,ηmax(430LV)≈0.078,但是在频域和温域下,430LV树脂基复合材料的阻尼性能更为稳定;碳纤维复合材料(CFRP)的阻尼性能不如玻璃纤维复合材料(GFRP)的阻尼性能,1 Hz~1 kHz频率内,η(T700/QC350)≈0.025,η(G430S/QC350)≈0.030;纤维铺层角度对复合材料阻尼性能的影响较为明显,但是不会改变频域和温域内损耗因子的变化趋势,90°和±45°铺层角度的复合材料具有较好的阻尼性能,两种铺层角度损耗因子约为0°铺层损耗因子的2~3倍;当采用玻纤在外的碳玻混杂方式时,复合材料的阻尼性能较好,并且随着玻纤层数的增加,其阻尼性能逐渐提高。

纤维增强复合材料层合板弹道冲击研究进展

近20多年来,纤维增强复合材料层合板,在结构防护领域大量使用,由于层合板结构及材料特性的复杂,其弹道吸能机理十分复杂,影响因素包括靶板的几何尺寸、结构形式、材料力学特性及层间粘结、弹形及弹速等诸多方面。本文主要针对近10年的研究工作,侧重于实验技术、弹道冲击实验研究、经验公式及理论分析模型等几方面的发展,进行了回顾和展望。同时,对于弹道侵彻力历程、材料的动态力学特性以及数值分析技术在层合板弹道冲击问题上的运用及发展等方面,也进行了简要的介绍。

钢材与复合材料多形式加筋平板透声性能消声水池实测分析

以复合材料声呐导流罩加筋板结构多目标综合优化为工程背景,开展消声水池模型插入损失测试,横向对比分析钢制桁架筋材与四种复合材料筋材加筋板近场透声特性,综合讨论了筋材材质、筋材结构形式以及入射角度对加筋板近场透声性能的影响。测试及分析结果表明:桁架式加筋板近场透声性能优异且稳定;细矮型筋材可提高加筋板整体透声性能。研究结果为声呐导流罩复合材料加筋板结构的优化设计提供了参考。

复杂非水密结构目标强度预报方法研究

为准确预报表面敷设声学覆盖层,内部含耐压圆柱体的非水密结构声目标强度,构建了一种新的参数反演方法。将遗传算法与非线性规划相结合,在考虑斜入射、多次散射、吻合效应以及横波波速阈值的情况下,利用分层介质理论建立了双层弹性介质层反演模型,以此替代含复杂内部结构的声学覆盖层,该反演模型与原结构在各个角度下均具有基本相同的反射系数与透射系数。进而,应用COMSOL Multiphysics软件建立表面敷设声学覆盖层,内部含耐压圆柱体的复杂非水密结构与外壳由两种反演材料组成的等效结构,并求其声散射特性。研究表明:收发合置情况下,原结构与等效结构目标强度值基本一致,各个方向入射时研究频段整体误差在1.5 dB以下;30°收发分置情况下,原结构与等效结构目标强度波峰波谷趋势相同,各个方向入射时研究频段整体误差在2 dB以下。中高频段,原结构与等效结构目标强度指向性吻合程度较好;中低频段,原结构与等效结构目标强度指向性基本一致,但幅值存在差异;总体来看,-30°~30°范围内,除个别频率外,原结构与等效结构目标强度基本吻合。

船用加筋板架爆炸载荷下动态响应数值分析

针对船用加筋板架复杂结构在爆炸冲击波作用下的动态响应 ,采用商用高动态非线性有限元程序MSC/Dytran ,讨论了大尺寸加强结构板架迎爆承载问题 ,提出了复杂板架结构爆炸冲击波作用下动态响应的有限元计算方法 ,并进行了模型试验。试验结果与计算结果吻合较好 ,验证了应用程序及计算模型参数的稳定性和可靠性。对加筋板架两种承载形式 (大尺寸加强构件迎爆或背爆设置 )在爆炸冲击波作用下的动态响应 (板架中心挠度和塑性分布 )差异的分析研究表明 ,大尺寸骨架 (纵骨和肋骨 )背向爆炸冲击波设置将分散爆炸冲击波的冲击作用、减小板架变形、增强其抵抗爆炸冲击波冲击的能力 。

弹道冲击下层合板破坏模式及抗弹性能实验研究

以舰用轻型复合装甲研究为背景,针对不同纤维增强种类(包括玻纤织物 C400、C200、SW220 和芳纶纤维织物T750)以及不同面密度层合板结构,在6.2 g刚性微曲面柱形弹弹道冲击下的防护能力展开实验研究,着重讨论了层合板结构弹道冲击下破坏模式、弹体初始侵彻速度及面密度与抗弹能力和抗弹效率之间的关系,认为不同的破坏模式体现了不同的吸能特性和纤维失效机理.

高速破片穿透船用钢靶剩余特性研究

着重讨论了高速(800m/s^1800m/s)柱形(或立方体形)钢破片(质量3.3g^60g)对不同厚度的某型船体钢靶(4mm^10mm)的穿透特性和剩余速度问题;首先给出穿透过程的分析模型,认为钢破片对船体钢靶的穿透能主要包括:弹、靶挤压塑性变形能和环向剪切塑性变形能;以能量分析和德.马尔模型为基础,给出了相应的半经验公式;在32组有效穿透实验测试数据的基础上,对相关系数进行数值拟合及动态修正;通过计算结果和试验测试结果的对比,得到的半经验公式能较好描述高速破片穿透船体钢板后的剩余速度。

FRC层合板抗高速冲击机理研究

基于纤维增强复合材料（FRC）层合板高速冲击下横向变形及破坏模式的分析，根据冲击动力学理论和应力波传播特性，建立了FRC层合板柱形弹高速冲击下的两阶段（剪切侵彻和连续侵彻）侵彻动力学分析模型。采用瞬态梯度变形锥理论分析了连续侵彻阶段的弹、靶相互作用，并编制相应计算程序，通过计算结果与实验测试结果的综合比较，弹体初速在300-900m／s范围内，剩余速度误差小于50m／s，验证了两阶段侵彻模型的适用性和稳定性，分析了实验现象，如梯度变形锥、背层花瓣开裂和面背层破坏模式差异等的产生及形成机理，提出了提高现有层板结构抗弹性能的新途径，如降低层间粘结强度、提高面层纤维的抗剪能力等。

层合板抗弹混杂结构优化试验研究

弹道冲击下具有一定混杂比例的纤维增强层合板,其抗弹效率与混杂结构相关。针对三种层间混杂层合板结构在微曲面柱形弹高速侵彻下的抗弹效率进行实验研究,并对其横向破坏模式展开分析,认为在弹道侵彻下层板结构横向纤维层存在吸能变形模式和抗弹机理的差异,将导致不同层间混杂结构抗弹效率的发挥。同时基于层板结构的工艺要求,认为层间混杂结构是综合性能较好的混杂结构。