高强度船板材料的热处理技术对焊接性能的影响

本项目拟以高强度船板材料为研究对象,通过对船板材料的特征、力学性能和常规热处理工艺的分析,系统研究船体外板在热处理过程中的显微组织(如晶粒细化、相变、硬度等)的演变规律,建立热处理工艺与焊缝性能之间的相关性分析,阐明热处理对材料综合性能的改善以及焊缝组织与硬度的调控机制,为高强度船板材料的工程化应用奠定理论基础。

新型钛合金焊接结构疲劳裂纹扩展速率试验研究

为了研究尺度效应及热处理工艺对新型钛合金材料疲劳性能的影响,本文对新型钛合金母材及焊接结构在不同尺度效应和热处理工艺下的力学性能和疲劳性能开展试验,分析尺度效应和热处理工艺对新型钛合金材料疲劳性能的影响规律。研究结果表明,仅经过低温热处理的新型钛合金焊接结构疲劳寿命要超过经过高温-低温热处理后的焊接接头近1.53倍;尺度效应对焊接结构的力学性能影响较大,对母材影响较小;随着尺度增大新型钛合金的裂纹扩展寿命增大,但裂纹扩展速率并无明显变化。

银包覆铁硅铬粉的制备与电磁屏蔽性能研究

[目的]针对海洋环境下电子设备的电磁屏蔽需求,开展高性能电磁屏蔽材料制备及性能研究。[方法]通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、四探针和振动样品磁强计对原始铁硅铬(FeSiCr)粉及银包覆改性后的FeSiCr@Ag的表面形貌、物相组成、电导率和铁磁性能进行分析,采用矢量网络分析仪对样品的S参数进行测试。借助盐雾试验箱模拟涂层在海洋环境下工作的腐蚀行为并对其宏观和微观形貌进行观察,同时使用电化学工作站监测涂层在质量分数为3.5%的氯化纳(NaCl)溶液中的腐蚀行为,并研究其腐蚀机理。[结果]结果表明:随着反应过程中硝酸银(AgNO_(3))添加量的提高,镀银层致密完整。化学镀银后其电导率可达586.79 S/cm,X波段屏蔽效率高达80 dB。在湿热、高盐雾环境加速腐蚀96 h后,FeSiCr@Ag制备的树脂涂层表面无锈蚀现象。化学镀银前后的涂层自腐蚀电位分别为-0.4和-0.09 V,表明镀覆银层后腐蚀介质渗入涂层的速率减慢,缓蚀效果良好。[结论]包覆改性后的FeSiCr@Ag材料具有高效电磁屏蔽性能及良好的耐腐蚀性。

复合材料T型节点强度直接计算模型研究

针对T型节点强度预测大多是通过试验进行,但试验测试存在周期长、成本高等问题,特别是对节点进行尺寸优化后再次进行试验效率较低,有必要针对复合材料T型节点直接计算模型进行研究,实现对T型节点强度的快速校核。因此以复合材料T型节点作为研究对象,参考相关规范确定节点直接计算模型的边界条件、尺寸以及强度校核标准,得到一个用于T型节点强度校核的直接计算模型。

船舶复合材料连接技术应用现状

由于纤维增强复合材料具有轻质高强等特性,因而在船舶领域得到了广泛应用。尽管整体化成型工艺日趋成熟,复合材料零部件之间依旧面临装配连接的问题,提高连接部位的力学性能是复合材料应用的关键。本文介绍了常用的连接技术,包括机械连接、胶接、混合连接,简述了这几种连接技术设计应用的关键。最后,对船舶复合材料连接技术进行了总结展望。

海底门声学计算及水下多孔介质材料降噪

分别建立船舶海底门的声场模型和声-固耦合模型,对海底门的声传递损失、结构湿模态进行计算,获取海底门降噪设计需避开的共振频率。建立海底门的流体模型,采用URANS和FW-H对流场及水动力噪声进行数值计算,云图显示格栅背面出现了显著的流动分离及压力脉动,且压力峰值条带沿着格栅对角线方向分布,频谱曲线显示海底门水动力噪声以低频为主。数值计算表明,当仅将海底门钢制格栅替换成水下多孔介质材料时降噪3.4 dB。共振频率计算及水下多孔介质材料应用为海底门声学设计提供了思路。

船用新材料技术发展及碳减排贡献度分析

为了掌握船用新材料的发展现状及其对碳减排的作用与影响,开展船舶结构/功能一体化材料和特种功能材料的发展现状分析,总结相关材料在结构轻量化设计中的应用前景。结合船舶能效设计指数(EEID),给出了船舶轻量化对碳减排贡献度分析方法,开展了新材料应用方案及不同减重条件下16万吨油船碳减排贡献度估算。研究表明:相较于特种功能材料,结构/功能一体化材料对船舶轻量化具有直接影响;碳减排贡献度随着空船重量变化趋于线性变化,当船体结构减轻20%时,碳减排贡献度达到2.54%。研究成果对于绿色生态环保船工程设计和碳减排贡献度分析具有参考价值。

船用高比表面积二氧化钛核复合光催化材料研究

本文围绕舰船制造材料中的高比表面积二氧化钛核复合光催化材料进行分析,通过回顾既往研究进展,提出相关制备思路,促进船舶行业新材料的应用与发展。

自由边打磨生产线在船舶构件制造中的应用

船用钢板部材在加工过程中需要打磨处理,长期以来,以人力手工打磨为主,费时费力。研制开发自由边打磨生产线,通过智能化设备对船用构件进行打磨作业,提高了生产效率和加工质量,使用效果良好。

LNG液货舱绝热材料的研究进展

为了有效阻隔LNG运输船液货舱与外界的热传导,以及降低LNG在储运过程的损耗及气体释放和泄漏时对船体结构件的低温冷冻破坏,对LNG运输船液货舱绝热材料进行研究。首先,总结了几种主流的LNG液货舱的技术;然后从减少冷损、提高安全性、节约能源的角度分析了绝热材料应具备的物性,并从绝热性能、建造成本、材料的优劣等角度对比分析了膨胀珍珠岩、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫这4种绝热材料;最后探讨了下一代LNG液货舱新型绝热材料的应用可行性。研究表明:新型气凝胶绝热材料将是LNG液货舱绝热材料的发展方向,符合环保(绿色)标准,保温防水一体化的复合材料制品将成为绝热材料市场的明日之星。

船用夹芯复合材料加筋板结构变形研究

文中测量了类似均布载荷下夹芯复合材料加筋板的变形值,使用实体单元建模方法和实体单元、壳单元相结合的简化建模方法建立了6个不同网格尺寸的有限元模型.有限元计算结果表明:使用实体单元、壳单元相结合的简化模型4可以以较高的计算效率取得误差在5%以内的计算结果.有限元建模此类夹芯复合材料加筋板时可使用实体单元、壳单元相结合的方式来简化,且复合材料蒙皮的网格尺寸应控制在蒙皮厚度的10倍左右,夹芯厚度方向至少划分两个网格.

基于四自由度的三体船操纵运动数值模拟研究

文中针对某高速三体船的操纵运动预报,开展约束模型试验和横摇衰减试验.基于MMG模型,获取四自由度操纵水动力导数,进行三体船回转运动及Z形操纵运动预报.在数值计算过程中,进行了网格尺度及时间步长的收敛性分析,探讨了纵摇和垂荡运动对数值模拟结果的影响;数值模拟了斜拖、旋臂、横倾及横摇衰减试验.基于最小二乘法拟合计算结果并得到水动力导数,结合四自由度MMG模型进行了不同舵角下三体船的操纵性能预报,得到了三体船的操纵性能参数.

织构化钛合金减阻及耐腐蚀性能分析

寻找适合于航行体表面的新型防污减阻手段长期以来都是航行体研究领域的热点。钛合金具有密度小、比强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性,被广泛用于航行体外壳、桨叶等结构。在钛合金实现表面微织构减阻具有广泛的应用前景和重要的研究意义。本研究在TC4钛合金表面制造出具有连续结构的表面微织构,通过光镜观察、激光光聚焦观察等方式对其表面形貌进行表征,并采用悬挂位移式阻力测试法和电化学腐蚀磨损试验分析表面织构在一定流速下的减阻效果及耐腐蚀性能。试验结果表明,与光滑表面相比,具有一定连续性结构的非光滑表面能够减小流体的表面摩擦阻力;合理的表面微织构能显著减小钛合金材料表面摩擦系数,降低摩擦阻力,同时降低摩擦腐蚀电位,提高航行体结构在海洋环境下的耐腐蚀能力与工作寿命。

玻璃钢艇体外板抗低速冲击铺层选优

针对某75 ft玻璃钢游艇艇体外板,设计20种不同的铺层方案,采用手糊湿法工艺制备试件,按照ASTM D7136标准进行落锤冲击试验,基于ANSYS Workbench的ACP模块和LS-DYNA模块,采用多点约束方法建立艇体外板在低速冲击下的多尺度有限元模型,通过试验与数值模拟相结合的方法,分析铺层参数对艇体外板抗低速冲击性能的影响,结果表明,低能量冲击时铺层顺序对冲击能量的耗散有较大影响,损伤形式主要以基体开裂和分层损伤为主,沿冲击方向离冲头越远,分层损伤面积越大,呈椭圆形分布且沿纤维方向扩张,合理设计铺层顺序和铺设角度,可有效提升艇体外板的抗冲击性能。

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.

碳-铝橡胶透声窗结构透声及振声特性分析

中高来流速度下传统玻璃钢制透声窗受湍流脉动压力激励,将产生较大的流激振动噪声,严重制约了声呐基阵的正常工作。为了改善透声窗结构流激振动噪声的影响,本文借鉴具有减振作用的多层橡胶结构形式,采用高比强度的碳纤维及铝合金材料,与高透声的橡胶材料,组成4层碳纤维橡胶结构形式来改善透声窗流激振动噪声问题。通过有限元法验证了该结构的透声性能并进行流激噪声性能数值计算,结果显示4层碳-铝橡胶形式透声窗结构在满足透声性能的前提下,其流激振声特性优于传统玻璃钢透声窗,为碳纤维橡胶型透声窗在舰船上的推广应用提供了借鉴。

基于材料选型的手性声学超材料带隙优化分析

[目的]旨在寻求扩大带隙频率范围,降低带隙起始频率的方法,分析并优化声学超材料的带隙。[方法]分析几何参数与材料参数对声学超材料带隙特性的影响,提出最大化带隙宽度方法。通过归一化带隙参数系数,将多目标优化问题转化为单目标优化问题。基于材料选型优化理论实现组分材料的转换,建立基于轻量化的手性声学超材料带隙参数优化方程。以六韧带手性声学超材料为例,定义散射体、韧带及包覆物等结构设计参数和材料参数为设计变量,开展声学超材料的结构参数-材料选型的综合优化。[结果]优化结果显示,带隙宽度增加了27.7%,下界频率减少了1048 Hz,初步达到了在声学超材料轻量化的基础上扩大带隙频率的目标;开展的有限长手性声学超材料结构的声传输分析验证了带隙优化方法的有效性。[结论]集成了结构参数-材料选型的综合优化可有效达到声学超材料轻量化的目标,研究成果可为新型声学超材料的设计提供技术参考。

高强度聚氯乙烯泡沫水声模量参数反演修正

[目的]旨在基于复合材料试样水声插入损失实测值,通过反演算法获得高强度聚氯乙烯(PVC)泡沫的水声模量值,进而提高复合材料水声插入损失计算精度。[方法]首先,通过压缩、平拉等力学试验,得到高强度PVC泡沫材料的静弹性模量,再利用传递矩阵方法计算得到夹芯复合材料的插入损失,并分析得出插入损失计算值与基于脉冲声管法的实测值存在较大差异的原因是芯材弹性模量输入值偏低。然后,基于插入损失实测值,采用遗传算法反演计算出5组泡沫材料的水声模量值。[结果]定量计算结果表明,高强度PVC泡沫的水声模量值高于静弹性模量值,水声模量对压缩模量比值的平均值为1.24,对拉伸模量比值的平均值为1.36。[结论]在对基于高强度PVC泡沫的夹芯复合材料水声性能进行计算时,材料弹性模量输入值应在静力模量实测值基础上正向修正,从而降低误差。

等离子喷涂8YSZ热障涂层隔热效果及内应力演变有限元模拟

采用等离子喷涂法制备质量分数8%氧化钇稳定氧化锆(8YSZ)热障涂层,并进行隔热和热震循环试验;构建简易有限元模型对热障涂层的隔热性能和热震循环中的内应力演变进行模拟,并对破坏机理进行分析。结果表明:模拟得到热障涂层的隔热温度在167.60~262.22℃,隔热效果良好,与试验结果的相对误差在10%以内;热障涂层的隔热效果随厚度增加而增强;热震循环产生的应力在涂层的界面边缘处集中,与试验得到的在涂层边缘处出现裂纹和脱落并逐渐延伸至中心的失效方式相吻合;随涂层厚度增加,热震循环升温和降温后的应力增大。

力学与声学超材料在船舶工程中的应用研究综述

海洋环境的复杂性以及兵器攻击中强非线性载荷的作用,使得采用常规材料制造的舰船结构难以满足安全性、隐身性、轻量化和舒适性等综合设计指标要求,而超材料凭借其性能的人工可设计性和性能超颖性,成为解决上述工程需求的有效途径之一。总结近10年来超材料在船舶工程中的理论及应用研究现状,围绕船舶抗爆抗冲击、轻量化、承载和减振降噪等几个方面,重点梳理力学超材料和声学超材料的设计方法与应用研究进展。指出船用超材料的大尺度、高效、低成本制造技术是未来船用超材料应用中亟待突破的方向与瓶颈,船用超材料的高承载性、宽频段带隙设计和低频段带隙设计已成为具有潜力的研究热点。