船舶板架结构变形场测量技术研究

船舶结构强度试验过程中,传统的离散点变形测量技术难以获得结构的全场变形数据,因而无法有效揭示结构的渐进破坏过程。本文基于数字图像相关和三维激光扫描原理,提出适用于船舶板架结构变形测量的位移形函数与子区相关性准则,发展定量可控的数字散斑场制作方法,形成船舶板架结构几何形貌测量方法,建立船舶板架结构变形场测量技术;在此基础上,开展船舶板架结构模型变形场演化过程测量试验,获得模型在纵向压缩载荷所用下的结构变形场,尤其是模型结构临界状态前后的失效演化行为,揭示船舶板架结构变形场的时空演化规律,可为实船结构的失效模式识别提供基础测量技术手段。

近距爆炸装药形状对板架结构的损伤规律研究

为了研究近距爆炸时柱形装药长径比对板架结构变形损伤的影响规律,以某典型缩比板架结构作为研究对象,采用经实验验证的有限元模型,分析了5种不同长径比装药爆炸对板架变形损伤的影响,并对比分析了药柱与板架夹角为0°和90°两种情形的区别。研究结果表明:随着装药长径比的增大,夹角为90°情况下冲击波反射超压和冲量逐渐减小,夹角0°情况下冲击波反射超压和冲量逐渐增大,高压区逐渐从装药轴线方向到径向方向移动;板架的残余位移与装药质量近似满足线性关系,装药长径比增大时,夹角为90°时靶板的残余位移逐渐减小,夹角为0°时位移逐渐增大;基于板架中心点最大残余位移D,拟合得到了药柱轴线与靶板表面夹角为90°和0°时的轴向等效形状因子β_(1)和径向等效因子β_(2),当比例距离在0.4~0.7 m/kg^(1/3)范围内时,预测误差小于15%,能较好的预估不同装药长径比下板架的中心点残余位移,获取结构的损伤水平。

爆炸冲击波作用下板架结构响应研究综述

板架结构是飞机和水面舰艇主要的组成单元,研究其在爆炸冲击波作用下的变形和破坏对目标结构的防护设计具有重要意义。国内外学者对板架结构在冲击波载荷作用下的变形与破坏进行了大量研究,形成了诸多成果。本文中从理论分析、实验研究和数值模拟3个方面总结了爆炸冲击波载荷作用下板架结构响应领域的研究现状,并对未来研究方向提出一些建议,为相关结构的抗爆设计以及战时毁伤评估提供参考。

落锤碰撞载荷下船体板架结构动态力学性能

为研究落锤碰撞冲击下船体板架的动态力学性能,针对2类桁材间距的板架结构设计开展不同撞击速度下碰撞冲击试验。与此同时,为准确开展碰撞问题的数值仿真,进行了不同应变率下的材料静、动态拉伸试验,拟合得到船用高强钢的Cowper-Symonds模型参数并作为仿真输入,得到的落锤仿真结果与试验吻合较好。结果表明,减小桁材间距可有效增加结构刚度,降低最大撞深,但会产生较大的破口。在此基础上,系统分析讨论了桁材间距、锤头宽度对板架动态响应的影响,并给出了较优的桁材间距与锤头宽度之间的比例范围。研究结果对船体结构设计与船舶耐撞性评估具有一定指导意义。

船体空间板架结构非线性振动测试研究

在船体结构中,空间板架结构作为重要的组成部分,和船体结构动力特征有着紧密的关系。船舶运行期间,往往会经历一个或多个设备带来的非线性振力。长此以往,会影响船体结构的稳定性。为了验证船体空间板架结构的非线性振动,本文选取某船舶展开振动测试实验,运用相空间重构技术构建实测振动信号状态空间,借助替代数据诊断分析振动信号的非线性特性。结果表明:伴随着相空间维度的增加,船体结构所出现的非线性振动也随之明显;特别是增加维度超出5维时,有6个测点出现振动。

水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应机理

以某型水面舰船防护结构的膨胀舱为原型设计板架试验模型,依药量和爆距不同进行7个工况的水下近距和接触爆炸试验。采用光子多普勒测速系统测量模型典型位置的速度时程,收集试验产生的飞片,并对试验后板架的破口形态进行记录。结合数值方法对试验结果进行对比分析,验证试验结果的一般性及数值计算方法的准确性。根据试验和数值计算结果对水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应开展研究。研究结果表明:板架结构容易在加强筋、隔板处发生剪切或撕裂破坏形成飞片,飞片的形成与药量、爆距、板架的结构形式均有密切关系;爆炸载荷驱动下板面上各点速度以爆心投影点为中心沿板面向外呈指数衰减趋势;当爆距大于2倍装药半径后,不同药量在相同的距径比下,板架结构上正入射点处速度峰值基本相当。

含周期声学黑洞梁的板架结构振动特性

声学黑洞结构通过使结构厚度按幂率渐变,改变结构阻抗从而调控弯曲波在结构中的波长和波速,可实现能量在黑洞区域的聚集和耗散。目前关于声学黑洞结构的研究主要是针对嵌入式声学黑洞,基于周期声学黑洞结构在部分频带良好的减振特性,将带阻尼层的周期声学黑洞梁贴敷在薄板上,提升薄板的减振效果并起到加强板刚度的作用。采用有限元法研究带周期声学黑洞梁的板架结构的减振效果,并将其基于敷设阻尼层和黑洞梁材料进行对比分析。结果表明,含声学黑洞梁能明显削弱振动速度传递响应,较好抑制板的振动;敷设阻尼层能增强对板减振效果,且适当增加黑洞梁数量能提升结构抑振性能;钢质梁较铝质梁刚度更大,能进一步增加板架结构的抑制带宽和增强抑制效果。

典型板架结构压缩试验不确定度评估方法研究

目的 针对当前船舶结构极限强度试验中试验场地、试验环境、试验方法、试验模型、试验设备等因素导致试验结果精度不高的问题,通过分析典型加筋板结构压缩试验过程中主要不确定度来源,提出降低试验不确定度的措施和方法。方法 基于不确定度分析理论,聚焦典型加筋板结构,开展压缩试验,围绕模型材料、模型加工、试验系统等不确定度来源开展分析,对其压缩极限载荷进行不确定度评估。结果 建立了一套适用于加筋板结构极限强度压缩试验的不确定度评估方法。典型加筋板结构极限压缩载荷、材料屈服强度引起的不确定度最大,其次是主面板及腹板厚度引起的不确定度,加强筋腹板高度与主面板尺寸对试验结果的不确定度有一定影响,加载伺服控制系统引起的不确定度可忽略不计。结论 材料屈服强度、板厚等因素均对极限载荷的不确定度有较大影响,在后续类似试验模型材料选择、模型加工等阶段应严格把控,确保材料、板厚等关键参数与设计值一致,提高试验结果可信度与精确度。

敷设声学覆盖层的板架结构抗冲击性能数值计算研究

为提高潜艇的隐身性能,通常在潜艇非耐压壳板外表面敷设消声瓦,在耐压壳体的外表面敷设隔声去耦瓦,在耐压壳体内表面敷设"阻尼层"(以上三种结构统称为多种声学覆盖层);由于声学覆盖层含有空腔的特殊结构形式,该空腔结构形式在受到爆炸冲击波时,腔体将产生变形并吸收能量,这将严重影响潜艇的抗冲击性能。因此,针对敷设声学覆盖层的板架结构的吸能性能进行研究,找出了覆盖层空腔结构变形、速度及加速度与冲击波能量吸收之间的关系,得到敷设声学覆盖层板架结构的抗冲性能;并对声学覆盖层结构进行优化,在此基础上,给出兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计及性能参数的优化建议。

水下接触爆炸作用下的船体板架结构毁伤研究

船体板架是舰船中最主要的结构形式,研究在水下接触爆炸作用下的船体板架毁伤过程对于舰船的抗爆抗冲击设计具有重要意义。借助AUTODYN通用软件,建立船体板架水下接触爆炸数值模型,同时运用耦合欧拉—拉格朗日算法进行计算,并与试验最终失效模式进行对比,吻合良好。分析了水下接触爆炸作用下船体板架毁伤全过程,并对船体板架破口的形成和扩展进行了分析,探讨了加强筋的破坏模式,提出了板架结构中板和加强筋破坏模式的耦合效应。通过研究,揭示了水下接触爆炸作用下船体板架的毁伤特性。

基于损伤因子的板架结构损伤识别方法研究

用基于损伤因子的损伤识别方法对板架结构损伤进行识别。先将板架结构简化为多个板的组合;基于损伤前后模态振型从应变能角度推导损伤因子的表达式,用通用有限元软件ANSYS计算两种损伤工况下损伤前后的模态振型,再用B样条法拟合损伤因子曲面从而对损伤的位置进行识别。最后用实验验证了该方法。该方法对于识别板架结构的单个损伤具有较好的可靠性,并可以为识别多损伤位置提供较好的方法指导。

船底双层板架结构水下近场爆炸试验

[目的]为了评估双层底板架结构在近场水下爆炸工况下的防护能力,[方法]针对典型水面舰船底部结构,设计双层板架结构试验模型和试验工况,进行水下近场爆炸试验研究,获得双层底结构的毁伤破坏模式及结构整体与局部的破坏、变形情况。[结果]模型结构破坏和变形情况显示,内底结构未发生破损和较明显的屈曲,表明在近场水下爆炸作用下,双层底结构通过毁伤和变形吸能,对内部舱室结构起到了有效的防护。[结论]该结论可为舰船底部防护结构设计和评估提供参考依据。

板架结构的振动噪声研究

本文以船舶板架结构为研究对象，应用流体边界元法和结构有限元法进行振动噪声计算分析，计算分析了板架结构参数：板厚、边长比、加肋方式、边界条件、阻尼方式等与板架结构的振动噪声关系，研究结论对分析船舶的振动噪声有一定的意义。

船舶板架结构多目标模糊优化设计

本文给出了一个船舶板架结构交互式多目标模糊优化设计方法,主要内容包括: (1)考虑使用、设计、建造过程中的不精确因素,引进相应的隶属函数使模糊目标和约束定量化。 (2)适当兼顾重量、可靠度和布置等多项质量指标,使优化过程能体现设计者的观点和正确决断。 (3)为提高优化算法的效率,采用了分级优化方法。 基于以上各点,运用模糊集理论,导出了一个实用优化方法并编制了程序系统。

端面转角对板架结构极限强度的影响研究

文章以单层板架、开孔单层板架和双层板架为研究对象,采用非线性有限元法,开展了端面转角对板架结构极限强度的影响研究。首先对单层板架、开孔单层板架和双层板架在不同端面转角下的极限强度进行了系列数值计算,然后对比分析其极限载荷和失效模式,获得了端面转角对板架结构极限强度的影响规律,为开展甲板板架结构极限强度试验提供方法参考。

截锥形弹体穿甲板架结构的数值计算研究

采用非线性动力学程序AUTODYN,分析不同板架结构形式对靶板吸能和弹体剩余速度的影响以及截锥形弹体不同初始速度下的剩余速度和靶板吸能情况,同时研究板架结构穿甲的力学机理和靶板的破坏模式。数值计算表明撞击点不同时横向加筋的大小对板架结构吸能影响不同,纵向加筋间距和大小的改变对板架结构形式的吸能效果影响不大,板体厚度越厚靶板的吸能效果愈好。不论撞击位置在何处,穿透靶板的弹体初始速度与剩余速度基本呈线性关系,且剩余速度相差不大。

现役散货船板架结构稳定性研究

本文对现役散货船双层底结构的稳定性能进行研究,讨论了结构缺陷对稳定性的影响,提出带缺陷结构的稳定性计算方法,得出了计算双层底板架结构的非线性有限元方法,通过实例计算,证明了该方法的正确性与有效性。并讨论了装载情况对双层底结构稳定性的影响,将有限元方法的计算结果与工程中常用的正交异性板方法计算结果进行比较分析,得出了正交异性板方法的计算结果与实际结构承载能力的差距,并依此给出一修正系数,使正交异性板方法能更好地应用于实际工程。本文还对部分骨材开裂的双层底板架进行了非线性有限元分析,得出不同开裂情况下板架的临界载荷。最后文中还通过实船检测资料,对存在着腐蚀缺陷的双层底结构进行了缺陷分析,并与理想结构的临界载荷进行比较,得出了腐蚀状况对结构的稳定性的影响规律。

组合空腹板架结构的连续化分析

根据钢-混凝土组合空腹板架的构造特点,提出了此结构的连续化分析方法.采用具有三个广义位移的非经典平板理论,并考虑上下表层抗弯刚度,将组合空腹板架结构连续化为具有三层构造的夹层板.得到了拟夹层板的连续化分析的相关微分方程,并推导了矩形平面周边简支条件下高阶微分组的解,得到组合空腹板架结构在均布面荷载作用下的位移、应变、弯矩、剪力的表达式.

船体空间板架结构非线性振动测试分析

空间板架结构是船体结构的重要组成部分,决定了船体结构的动力学特性。船体结构在航行过程中会经历设备非线性激振力和多设备激励的非线性时滞效应。为了验证船载设备能够引起空间板架结构的非线性振动,该文针对某型舰船柴油发电机组所在舱室进行振动测试实验,获取了不同空间板架结构位置的振动加速度时程信号,运用相空间重构技术建立了实测振动信号的状态空间,选取实测振动信号的关联维作为特征量计算差别显著度,通过代替数据法对实测振动信号进行非线性特性诊断和分析。结果显示,相空间维度增加至5维以上时,设备机脚、浮筏、基座面板、双层底内底、舱壁和舷侧均表现出了非线性振动特性。

水下爆炸冲击波载荷作用下舰船板架结构冲击可靠性研究

军舰和水下潜艇等军事作业平台,在执行任务时容易遭受水下炸弹、鱼雷等破坏性武器的袭击。其中,水下近距离、非接触爆炸可以产生能量很高的爆炸冲击波,对军舰和潜艇等产生巨大的破坏作用。因此,提高舰船板架结构的抗冲击波特性具有重要的意义。本文针对水下冲击波气泡脉动理论,系统研究舰船板架结构的水下爆炸冲击可靠性。