船用5059铝合金材料及焊接接头低温疲劳试验以及寿命评估

5059铝合金具有很好的力学性能和耐腐蚀性,已成为船体结构的首选,然而现行规范缺乏5059铝合金材料的疲劳S-N曲线,难以进行对使用该铝合金材料船舶结构的疲劳评估。该文设计了5059铝合金材料及1个典型的船用焊接接头,进行了室温和低温(-35℃)疲劳试验,结合试验数据使用最小二乘法拟合出相应的疲劳S-N曲线。建立了疲劳试验试件的有限元模型,将有限元分析得到的应力通过外推法插值得到热点应力,代入拟合的S-N曲线预测疲劳试件寿命,并与疲劳试验结果比较。结果表明,所提出的5059铝合金材料和焊接接头S-N曲线可用于低温环境下船舶结构的疲劳寿命评估。

聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击弹内芯片缓冲作用

高速冲击时弹内芯片易损坏而失效,需缓冲保护,而有限的弹内空间对缓冲提出更高要求。本文探讨了有限空间(4 mm厚)中聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击下弹内芯片缓冲效果。用有限元探究胞元参数对蜂窝铝压缩性能的影响,优化了参数组合;测试了3D打印+熔模铸造制备的蜂窝铝力学性能;用有限元研究聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击弹内芯片缓冲性能。结果表明:蜂窝铝强度与吸能随壁厚增加而增加,随边长增加而降低;熔模铸造附铸铝合金的本构模型可较好地预测熔模铸造态蜂窝铝的压缩变形及吸能;与聚氨酯相比,聚氨酯/蜂窝铝对高速冲击时弹内芯片的缓冲效果更好,最高提升49%。研究结果有利于发展新的弹内电子器件缓冲方法。

低速冲击下蜂窝夹芯板动态响应及梯度影响研究

利用INSTRON 9350冲击试验机开展了蜂窝夹芯板低速冲击实验,分析了蜂窝夹芯板的动态响应.利用ABAQUS建立了蜂窝夹芯板有限元模型,模拟了蜂窝夹芯板遭受质量块低速冲击的响应过程,并将数值仿真获得的动态响应与实验结果进行了对比,二者吻合较好,验证了数值仿真方法的准确性.在此基础上,利用数值仿真方法建立了梯度蜂窝夹芯板动态冲击有限元模型,分析了蜂窝梯度对夹芯板塑性变形及能量吸收的影响规律.结果表明:双层梯度蜂窝夹芯板各部分变形模式不同.上面板和上芯层主要为局部压缩,而中面板、下芯层和下面板主要为整体弯曲变形.在质量块局部冲击作用下,蜂窝梯度率对冲击力峰值和整体吸能影响较小,而对上、下面板的变形模式和能量吸收影响较大.

循环载荷下扶强材的极限强度试验研究

为了研究循环面内载荷作用下加筋板的极限承载能力,进行了7个扶强材(含带板)试件的单调与循环载荷下的轴向稳定性试验。加载机制Ⅰ为轴向受压,其结果用以与循环加载机制下试验结果的对比;加载机制Ⅱ为试件屈曲前循环,加载机制Ⅲ为试件屈曲后循环。试验表明:在试件屈曲前多次循环后,出现局部屈曲,且局部屈曲处存在塑性累积,相比单调压载下承载力逐步下降;在试件屈曲后循环载荷下的承载力,对比前一次的承载力下降较快,且试件失稳形式基本为整体失稳。

船体板架在水下接触爆炸作用下的破口试验

针对船体中常见的加筋板结构 ,在矩形方板上运用了 3种不同尺寸的 T型材 ,采用“井”字形和“ ”字形两种加筋形式设计了 4个板架模型 ,将模型四边刚性固定 ,在板中央放置炸药 ,分别对其进行了水下接触爆炸试验。爆炸作用下板架模型均以花瓣形破裂 ,产生大面积的破口 ,不同形式和尺寸的加强筋对板架的破坏程度具有不同的影响。通过对破口尺寸和形状的观测 ,分析了加强筋对破口长度的影响 ,提出了板架结构加强筋相对刚度 Cj的概念 ,描绘了不同尺寸加强筋在不同炸药量下对板架结构破口范围的影响。同时 ,对现有的水下接触爆炸作用下的破口长度估算公式进行了修正 ,给出了考虑加强筋影响的破口计算公式 ;经过比较 。

多层防护结构舱内爆炸试验

舰船舷侧多层防护结构的主要作用是抵御反舰武器对内部结构的破坏。文章通过反舰武器战斗部模型在舰船舷侧防护结构内部爆炸的模拟试验,研究了战斗部内爆作用下防护结构的破坏模式、多层防护结构防御冲击波和高速破片的效果以及内部结构的冲击响应,对比分析了空舱和水舱在战斗部接近爆炸作用下的变形和破坏情况。通过对试验数据的分析发现在战斗部接近爆炸载荷作用下,水舱内板的动态响应出现了"二次加载"现象。

箱型梁极限承载能力试验与理论研究

本文对箱型梁船体模型作了总纵极限承载能力试验研究 ,应用基于塑性节点法开发的程序和通用非线性有限元模拟方法对该模型进行了数值计算 ,获得了与试验较为一致的结果。在试验与理论分析的基础上 ,提出了估算箱型梁船体结构极限强度的解析计算方法 ,通过算例考核认为本方法可用于工程结构设计。

软刚臂系泊系统水平系泊力原型测量方法

以渤海某在役的浮式储油卸油装置(FPSO)软刚臂为研究对象,对其系泊力的测量方法从应变、位移和运动姿态3个方面进行了讨论,并对测量的精度及准确性进行了分析.结果表明,3种方法在测量精度上大体相同,而长期稳定性和成本上倾角仪(运动姿态)方法要好于其他两者.系泊力原型测量方法的应用,不但可以使作业者有效保障现役FPSO的系泊安全,而且其测力结果亦可作为软刚臂系泊性能评估的重要参考.

三体船横向结构波浪设计载荷试验与规范比较研究(英文)

三体船连接桥结构波浪设计载荷的确定对结构设计中关注的横向强度问题来说是非常重要的。为了研究一艘三体船连接桥横向波浪载荷,进行了该三体船的水池模型试验,包含不同浪向下规则波与不规则波试验。试验对连接桥遭受的分离弯矩Msp、分离剪力Qsp和横向扭矩Mtt进行了测量,分析了其传递函数和统计的特性。根据对这些连接桥横向波浪载荷在试验值、推断值与规范计算值之间的比较分析表明:劳氏规范关于这些横向波浪载荷的计算值可能对应于规则波双幅波高6.0m;对于不同的横向波浪载荷来说,保证率为99%的设计载荷推断值对横向扭矩Mtt来说要大于规范计算值,而分离弯矩Msp和分离剪力Qsp的推断值对应的规范计算值则相当,这意味着设计人员在用劳氏规范进行校核时,横向扭矩Mtt的规范计算值是偏向于冒险的,应给予特别关注。

平板穿透裂纹尖端应力强度因子计算方法研究

针对应力强度因子的求解问题,提出了基于平板穿透裂纹的最大张口位移计算裂纹尖端应力强度因子的新方法.首先根据Westergaard应力函数推导出具有中心穿透裂纹的无限大平板模型受两向均匀拉伸载荷时,裂纹最大张口位移与裂纹尖端应力强度因子之间的数学关系,然后利用有限元模拟计算研究了该数学关系针对含穿透裂纹的有限尺寸平板模型的适用性,包括有限板宽的边界效应、不同的载荷形式对应力强度因子求解的影响,并给出了针对实际力学模型计算裂纹尖端应力强度因子的修正方法.该研究成果为船舶与海洋结构物中含裂纹损伤局部结构的裂纹强度检测与评估提供了一条新的思路.

隐身桅杆强度与振动试验研究

以舰船筒型结构的全封闭型隐身桅杆为研究对象,利用比利时LMS公司的SCADAⅢ数据采集器及CADA—X信号分析系统和相关设备对其进行强度与振动试验,用试验获得的数据与有限元计算的结果相比较,从而验证三维有限元法的可靠性。同时获得了一些关于这种复杂结构形式的桅杆在舰船不同纵(横)摇角、周期、及桅杆压载情况下,结构强度的有意义的研究成果,为隐身桅杆的设计提供参考。

高精度压力筒试验系统

基于密闭液体的体积变化与压力变化之间呈反比的特性,研制了一种高精度压力试验系统。系统由容积为1.642m3压力筒、强制改变密闭液体体积的机械系统和计算机控制系统组成。该系统的压力控制范围为11MPa,静态控制精度为0.005MPa,系统频宽为0.1Hz。

加肋圆柱壳声学相似性试验

本文通过相似的有限长加肋圆柱壳模型在空气中受激振动和水中辐射声功率的相似性试验 ,验证了文献 [1 ,2 ]采用有限元和边界元方法提出的弹性结构振动和水下声辐射的理论相似关系。从加速度传感器测量的振动加速度响应中得到的模型前 1 0阶模态频率表示为无量纲频率 ωl/ E/ρ,它们与理论结果比较 ,不同模型同阶无量纲频率的最大相对偏差小于 5。测量的振动加速度以 al3ρ/ F进行归一化处理 ,结果基本符合理论相似关系 ,对加速度进行多点平均或宽频带处理后 ,试验结果与理论结果更加符合 ,三个模型在测量频段内的归一化加速度级相差 2 d B左右。参照空气声学中的方法 ,在水池的半混响环境中测量模型的水下辐射声功率 ,为此围绕模型选择一个测量面 ,由测量面上的声压和水池的混响时间估算辐射声功率 ,并以wl2 / F2进行归一化处理 ,结果表明在高频段模型的归一化辐射声功率级相差 1～ 2 d B。模型设计和试验时 ,缩比因子λ、谱级倍频程数 K和频率移动的频带数 N应满足关系 2 N

大尺度楔形体板架钢模落体试验和仿真研究

采用模型试验和数值仿真的方法对不同刚度的大型楔形体板架钢模入水砰击进行了比较研究。建立了包含空气、水和弹性板架完全耦合的三维有限元模型,同时计及重力的影响。文中还对不同高度和刚度的弹性板架入水砰击进行了广泛的数值仿真,并与模型试验进行了比较。结果表明:弹性效应对楔形体的砰击压力和结构应力响应有着不同程度的影响。

复合材料层合板螺栓连接强度实验研究

通过对不同预紧力下舰船复合材料层合板单剪连接和双剪连接两种结构形式的静拉伸强度实验,考核了复合材料层板螺栓连接处的强度特性。实验结果表明:双剪连接结构强度随着预紧力的增大而增大。而在单剪连接结构中,一定范围内的预紧力可以增加连接结构的强度,过大的预紧力会使其连接强度减小。通过对以上实验现象的分析,认为预紧力对板的侧向约束限制并延缓了局部开裂和分层是预紧力增加螺栓连接结构强度的主要原因。

战斗部舱内爆炸下舰船耦合毁伤数值计算

[目的]旨在研究舰船结构在战斗部舱内爆炸下的耦合毁伤效应。[方法]以带壳弹起爆试验验证SPH-FEM耦合数值方法的有效性,对实船舱段缩比模型起爆试验进行数值计算,分析战斗部舱内爆炸时破片与冲击波对舰船结构的耦合毁伤效应。[结果]结果显示,在战斗部舱内爆炸作用下,金属壳体产生的随机高速破片群具有特殊的空间分布特征,率先引起当舱结构的局部破坏,冲击波压力加剧了局部破坏效应,结构破口进一步对舱内爆炸冲击波的传播扩散空间产生了影响,进而对相邻结构造成毁伤。[结论]研究表明:简单地将战斗部等效为裸装药的方法不能真实反映战斗部舱内爆炸对舰船结构的毁伤效果;采用SPHFEM耦合的数值方法能够良好地还原试验中战斗部对舱室结构的毁伤模式。

减压拖曳水池中空泡螺旋桨脉动压力测试研究

本文研究了在减压拖曳水池中进行空泡螺旋桨诱导的船尾脉动压力的测试方法 ,并且测试了某一多功能货船模型的船尾脉动压力。通过测试结果分析 ,并与相同螺旋桨模型在空泡水筒中的测试结果进行比较 。

破片与冲击波对舰船板架的耦合毁伤效应试验研究

为研究舰船板架在破片与冲击波耦合作用下的变形及破损,开展了舰船板架在两种非标准圆柱形战斗部爆炸载荷作用下的毁伤效应试验。结果表明,光板在破片与冲击波耦合作用下的主要破坏模式有两种:花瓣弯曲破坏和拉伸断裂破坏。针对文中试验模型,当比例距离小于0.3时,光板出现了典型的花瓣弯曲破坏;比例距离处于0.3～0.6之间时,光板出现了典型的拉伸断裂破坏;比例距离大于0.6时,破片与冲击波耦合作用不明显。弹孔在冲击波作用下极易发生连接并形成花瓣大开口;加筋板上的筋在受到耦合载荷作用下容易出现一定程度的侧倾、弯曲和鼓起变形,但并没有断裂。

某大型专用设备润滑系统

某大型专用设备运动件处于高温、大载荷、高速、长运动距离的恶劣工况,润滑点虽达400个但仍有较多润滑盲区。根据油的抗磨性能和工况选定38号汽缸油(1000号油)作为润滑油,以管路沿程阻力为依据确定润滑系统的结构和参数,润滑主管路采取了双蒸汽伴热管对称布局而气流反向的管路均匀加热方式和相应监控措施;对喷油嘴喷头8个油孔中心线采用空间直线倾斜旋转分布的方法消除润滑盲区,提升了喷油效果。润滑系统运行良好,试验表明用绝对温度的Walther粘温方程建立的38号汽缸油的粘温关系比较准确。

结构冲击试验的校准计算

非线性有限元方法日益广泛地应用于结构冲击损伤的数值模拟计算,其可靠性和精度是值得关注的问题。本文为国际船舶结构大会(ISSC)对于本专题合作研究的部分结果。本文用超大型油船船侧结构碰撞大尺度模型试验的测量结果,验证非线性有限元方法及其代表性程序MSC.Dytran的计算效果。通过准静态和动态试验资料与计算结果的比较,指出非线性有限元方法在钢结构冲击(碰撞)计算中的有效性,同时指出正确实施计算过程,特别是有限元网格密度对于计算结果精度的重要性。对于结构在同一位置经受多次冲击的累积损伤计算,本文提出了一种非常简单但准确有效的模拟计算方法。