五模点阵环状结构对碰撞冲击应力波的调控研究

为研究五模点阵环状结构对于碰撞冲击应力波的调控效果,基于坐标变换理论和增材制造技术,设计制作了五模点阵环状结构试验模型,通过冲击试验及仿真发现,五模点阵环状结构内环迎冲面的应变峰值明显小于内环背冲面,应力在五模点阵环状结构中有明显分叉趋势,可以有效降低迎冲面的应力集中。相较于等质量实心圆环,五模点阵环状结构内环迎冲面应变峰值降低了53%,内环背冲面应变峰值升高了18%。计算并分析五模点阵胞元的频散曲面发现,频散曲面等值线法向量的方向分布可以准确反映材料中的能流方向,在此基础上研究了胞元结构对能流特性的影响。相关结论可为潜艇抗冲击防护提供一定参考。

五模点阵环状结构对碰撞冲击弹性波的调控试验研究

为研究五模点阵环状结构对碰撞冲击弹性波的调控效果,采用增材制造技术设计制作了3个五模点阵环状结构试验模型,通过冲击试验发现,试验模型内环迎冲面应变峰值均小于背冲面,这与传统环状结构有明显不同。此外,对比3个试验模型的调控效果发现,较小的胞元壁厚和胞元无配重有利于提升五模点阵环状结构对冲击弹性波的调控效果。进一步通过仿真发现,相较于等质量均质圆环,五模点阵环状结构可使迎冲面应力峰值最高降低76.3%,并将冲击波向两侧“疏导”,从而表现出显著的绕射效果。通过计算五模点阵胞元的频散曲线,获得了胞元主方向的群速度大小,在此基础上发现,胞元群速度各向异性对冲击弹性波的调控效果有明显影响,群速度各向异性越大,对冲击弹性波的调控效果越好。相关结论可以为潜艇结构抗冲击防护提供一定参考。

五模点阵材料静态力学性能研究

为研究五模点阵材料的力学性能,通过增材制造技术,制作了四个五模点阵材料模型,并进行了静态力学试验。通过静态力学试验,获取了五模点阵材料模型的弹性模量和剪切模量,并通过仿真验证了静态力学试验结果的准确性。静态力学试验和仿真结果验证了胞元等效力学参数计算公式的准确性。分析了试验中个别模型误差较大的原因,并给出了解决措施。相关结论对五模点阵材料静态力学试验有一定指导意义。

二维蜂窝五模材料的能带特性与品质因子分析

五模超材料是一种解除拉压与剪切耦合的特殊固体材料,呈现出类似流体的性质,在声呐透声窗、吸声隔振等领域都有着长足的应用前景。过往的研究表明,增大五模材料的各向异性可以有效提升其声学性能。论文利用有限元仿真方法,对现有的二维蜂窝状均质五模材料的进行各向异性调节设计,并对其能带结构及品质因子进行了分析。结果表明,随着不同各向异性构造方法程度的增加,二维蜂窝状五模材料的单模传输频带与声子禁带的相对带宽发生显著改变,品质因子也得到了一定提升,该研究可为二维五模材料在舰船声学应用领域提供设计思路。

五模点阵环状结构在碰撞冲击作用下的动态响应特性

基于坐标变换理论和五模特征参数设计,采用增材制造技术制作五模点阵环状试验模型。通过落锤冲击试验发现,模型内环迎冲面的应变峰值远小于背冲面,这与传统环状结构明显不同。进一步仿真发现,五模点阵环状结构可将迎冲面的应力波向两侧“疏导”,从而表现出显著的绕射效果。与等质量的实心圆环相比,试验模型内环迎冲面的应变峰值最大可减小65.7%,应力峰值可减小70%以上。通过绘制五模点阵胞元的频散曲线,获得表征冲击能流特征的群速度分布规律。在此基础上,研究等效力学参数圆环的群速度各向异性程度对能流矢量的影响,为潜艇结构抗冲击防护提供参考。

金字塔点阵夹层壳对潜艇抗水爆防护机理

将轻质高强金字塔点阵夹层壳运用在常规潜艇非耐压壳上,以达到遭受鱼雷近距离攻击时有效降低潜艇耐压壳损伤的目的.本文首先提出了常规潜艇上安装金字塔点阵夹层壳的设计方案.采用MSC.NASTRAN研究了安装金字塔点阵夹层壳后潜艇艇体结构的抗高静水压性能.仿真结果表明,经过改进的潜艇舱段结构在计算水深下处于安全范围,具有良好的抗静压性能.之后采用MSC.DYTRAN研究了以金字塔点阵夹层壳作为潜艇外层防护结构的抗爆效能.研究结果表明,当100 kg TNT装药在潜艇舱段舷侧3 m处爆炸时,以受损变形为评价参数,安装金字塔点阵夹层壳的潜艇耐压壳抗爆性能相较于常规潜艇提高了69.7%.迎爆面外壳板和上甲板的抗爆性能分别提高了49.8%和55.8%.与实心板相比,当流固耦合系数大于10,且芯层强度与冲击波峰值比值小于0.15时,芯层可以降低入射总冲量60%以上,运用在潜艇上的金字塔点阵夹层壳不仅满足承受高静水压的条件,还可以大幅提高潜艇艇体结构的抗水下爆炸冲击性能,具有显著的应用价值.