一种虚拟试验架构下的舱段结构建模与承载破坏模拟技术

在一种面向产品的飞行器结构强度虚拟试验架构下,发展经典材料弹塑性损伤本构和通用有限元技术,并基于Abaqus内置Python软件开发虚拟试验插件工具,创建飞行器舱段结构人机交互虚拟试验平台,形成了对舱段结构承载破坏过程进行高逼真度模拟的虚拟试验能力。采取逐级验模的精度确认技术,开展从试棒到舱段壳体的虚/实试验对比,验证舱段结构虚拟试验的可行性,结果显示:虚拟试验能对舱段结构的承载破坏情况做高逼真度的模拟,对极限承载能力的预示精度达到4.6%。

典型舱内爆炸载荷作用下吸能元件防护特性研究

[目的]旨在探讨舱内爆炸冲击波与准静态气压载荷共同作用下的抗爆吸能芯层设计方法。[方法]采用有限元数值计算,分析屈服型和屈曲型这2种典型吸能元件在舱内爆炸冲击波与准静态气压载荷作用下的特性(如载荷削弱因子、吸能特性、变形破坏模式以及下面板中心点的最大位移),获得抗爆吸能芯层的防护能力特点。随后,基于此提出一种抵抗舱内爆炸冲击波与准静态气压载荷共同作用的双刚度吸能元件,并通过仿真与上述2种典型吸能元件进行对比。[结果]结果表明:在爆炸冲击波载荷作用下,屈服型吸能元件载荷耗散与吸能能力优于屈曲型;在准静态气压载荷作用下,屈服型吸能元件变形受载荷作用时间影响较大,而屈曲型吸能元件的变形几乎不受作用时间的影响;在冲击波和准静态载荷的共同作用下,双刚度吸能元件的防护能力优于单刚度的上述2种典型吸能元件。[结论]研究结果可为抵抗舱内爆炸载荷防护形式设计提供新的思路。

模块化变电站预制舱竖向静力性能试验与数值模拟研究

为了探究模块化变电站预制舱结构在设计荷载作用下的安全性,以及不同设计参数的影响规律,开展了预制舱结构竖向静力性能研究。对实际工程安徽蚌埠临港220 kV变电站预制舱进行了竖向静力加载试验,利用ABAQUS有限元软件对预制舱进行了竖向推覆数值模拟,分析了预制舱的破坏模式,开展了预制舱竖向受力性能参数分析。结果表明:在设计荷载作用下,预制舱承载力和变形满足标准GB 50017-2017要求。在竖向推覆作用下,门洞处梁柱连接、舱底主次檩条连接先后受损,瓦楞板基本不会受损。设置立柱使预制舱下长梁最大位移减小了32.7%,门洞处建议布置立柱;单侧布置荷载使预制舱最大位移减小了39.9%,设备尽量布置在无门洞一侧;与增大瓦楞板厚度相比,底部铺设封板可有效减小预制舱竖向位移;对于大跨度预制舱,建议采用底梁三等分点吊装;预制舱优先端部开窗洞,加载侧开洞时应限制开洞数量及洞口间距。研究明确了预制舱结构的竖向承载性能,提出了设计建议,可为预制舱在实际工程中的应用提供一定的参考。

基于LBE方法的驾驶室防护仿真

利用LS-DYNA动力有限元软件,分别用ALE(arbitary Lagrangian Eulerian)方法和LBE(load blast enhanced)方法模拟5种不同装药量下四边约束靶板的动态响应,并与试验进行对比验证LBE方法的正确性及优越性.基于LBE方法对某型车辆驾驶室在3种不同装药量产生的爆炸冲击波作用下的动态响应进行仿真模拟,得到驾驶室应力和节点位移云图,并与试验结果进行对比.结果表明采用LBE方法对驾驶室进行仿真所得结果与试验结果吻合较好,可应用于爆炸冲击波对车辆驾驶室的损伤仿真研究.

水下滑翔机的运动模型建立及仿真

水下滑翔机的水下运动是六自由度多姿态运动,建立空间动力学数学模型是为计算机仿真时对系统进行比较准确的描述和运动状态进行研究。另外在详细分析水下滑翔机姿态调节系统中的滑动质量块移动及重浮力调节系统中压舱载荷变化并在滑翔机本身运动耦合的基础上,经过合理的简化建立了六自由度的空间运动数学模型。最后对水下滑翔机的垂直面运动进行了仿真分析,仿真结果准确地反映了水下滑翔机的运动规律和操纵特点。

舱内爆炸载荷及舱室板架结构的失效模式分析

通过对典型半穿甲导弹打靶实验中舰艇结构破坏模式的观察,结合数值模拟,分析了舱内爆炸载荷的特征以及舱内爆炸下舱室板架结构的失效模式。结果表明,舱内爆炸下,舱室板架结构承受的冲击载荷及失效模式与敞开环境爆炸下加筋板结构承受的冲击载荷及失效模式有较大区别,其动态响应难以用敞开环境爆炸下加筋板结构的动态响应描述;舱内爆炸载荷主要有壁面反射冲击波、角隅汇聚冲击波以及准静态气体压力,其中两壁面和三壁面角隅汇聚冲击波的强度分别为相同部位壁面反射冲击波强度的5倍和12倍以上;舱室板架结构主要有4种失效模式,其中模式Ⅲ、Ⅳ较常发生;舱室板架结构加强筋布置在迎爆面将使板架中部的局部破坏程度增加,但有利于削弱角隅汇聚冲击波强度,减小板架沿角隅部位的撕裂破坏。

水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性

采用模型实验方法,研究了近自由面水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性。根据实验模型的破坏结果和压力测试结果,分析了水下爆炸产物与防雷舱舷侧空舱的相互作用过程以及水下爆炸产物的压力变化规律。研究表明:防雷舱舷侧空舱的载荷可分为冲击波载荷、准静态压力载荷和负压载荷3种,防雷舱舷侧空舱的破坏主要由冲击波载荷和准静态压力载荷造成,并且准静态压力载荷的比冲量是冲击波载荷的数倍,而负压载荷对防雷舱舷侧空舱破坏的影响可忽略不计。

临近空间飞行器热管理及热设计方法

针对临近空间飞行器所处独特的空间热环境,对其空间外热流进行了分析,并结合飞行器载荷舱内能源与电子设备的功耗情况及热控要求,在载荷舱的散热措施中对辐射、对流两种热量传递方式的散热效果进行了分析和对比。结果表明:在临近空间飞行器所处的独特的空间热环境下,强制对流换热效果明显大于辐射换热,且在相同的热载荷工况下,对流散热系统的设备重量要远小于辐射散热系统的设备重量,对流散热系统受空间热环境的周期性变化影响较小,系统较为稳定。

高速破片侵彻下防护液舱后板的载荷特性数值分析

利用LS_DYNA软件,对高速破片侵彻防护液舱过程中液舱后板的载荷特性进行仿真研究,分析液舱后板载荷的空间分布特性及破片的速度和厚度对液舱后板载荷的影响,得到了液舱后板任一点的压力峰值和比冲量的拟合计算公式。研究表明,液舱后板的载荷在板中心(即破片中心在液舱后板上的投影点)最大,随着到中心点的距离增加而呈指数衰减;增加破片的速度或厚度,将使液舱后板任一点的压力峰值和比冲量均增大。

高速破片在防雷舱结构中引起的冲击荷载的理论研究

运用一维平面波理论,研究大型高速破片在防雷舱结构中引起的冲击荷载,得到了初始冲击荷载的理论公式。与有限元计算结果进行比较,证明了理论公式的正确性。运用理论计算公式分析了破片参数对冲击荷载的影响,结果表明:破片速度与冲击荷载峰值成正比,速度越快,峰值越大;速度越慢,峰值越小。而破片速度对冲击荷载的衰减没有影响,即不同速度的破片在水中引起的冲击荷载具有相同的衰减规律。不同厚度破片引起的冲击荷载的具有相同的峰值,但有不同的作用时间。破片的越厚,荷载作用时间越长;破片越薄,荷载作用时间越短。最后基于理论分析确定了几何衰减的函数形式,采用数值试验数据进行回归分析,得到了冲击波的几何衰减系数。

预制舱热设计及计算方法探析

为适应不同地区的各类恶劣气候条件,应在预制舱设计过程中进行热计算和研究,配置合理的暖通系统,以保障舱内设备的安全稳定运行。介绍了预制舱热设计原则,研究了多种因素对预制舱内部温度的影响,并提出了一种预制舱热计算方法,分别对高温环境制冷量和低温环境供暖量进行分析计算。经工程实践验证,该方法具备准确性和可行性,可应用于不同地点、不同配置或不同温度要求的预制舱热设计。

战斗部舱内爆炸对舱室结构毁伤的实验研究

为探讨舰船抗爆抗穿甲防护结构设计,利用导弹模拟战斗部进行了舱室内部爆炸模型试验,研究内爆条件下高速破片和爆炸冲击波对舱室结构的联合毁伤效应,分析舱内爆炸环境下舱室板架结构的典型破坏模式。结果表明:模拟战斗部内爆载荷作用下舱室结构的整体变形以冲击波破坏为主;战斗部破片对舱壁板架产生侵彻穿孔破坏,并在近爆区板架上形成了破口密集区域;单个破口对舱室整体结构破坏影响不大,而密集破口区在后续冲击波作用下会发生撕裂,形成大破口,影响舱室整体结构性能。该研究结果,可用于指导舰船防护结构的设计。

液舱晃荡载荷计算与强度校核系统研究

随着薄膜型LNG运输船的需求量不断增加,晃荡载荷已成为船舶安全性研究的重要内容之一。本文结合中国船级社规范所推荐的公式,对薄膜型LNG船晃荡水平的载荷进行研究,提出载荷计算方法和流程,在MSC.patran的基础上结合二次开发语言PCL,设计了一套晃荡载荷计算与校核系统。该系统对有限元模型进行前后处理,设计了舱室识别算法来搜索晃荡载荷的作用域,实现薄膜型LNG船晃荡载荷的自动计算与施加,完成屈服强度评估。通过算例测试证明本系统自动计算结果的有效性和准确性,可以为工程设计人员大大节约工作量,大幅度提高工作效率。

水下接触爆炸对舷侧空舱结构破坏载荷测试技术研究

为解水下接触爆炸对舷侧空舱结构破坏载荷特性,该文对其测试技术进行研究。对于冲击波的破坏载荷,采用DPS(多普勒光纤探针)获取外板在冲击波作用下的速度时程,分析得到不同接触爆炸条件下冲击波破坏载荷的时空分布特性;对于爆轰产物的破坏载荷,在外板上预制破口,在内板位置放置质量块作为效应物,采用激光位移传感器测得质量块在爆轰产物作用下的位移时程,分析得到爆轰产物破坏载荷随爆距的变化规律。研究结果表明,该文提出的水下接触爆炸对舷侧空舱结构破坏载荷的测试技术是可行的,可为相关理论研究和试验测试提供技术基础。

舱内爆炸冲击载荷特性实验研究

为探讨舱室抗爆结构设计,采用典型舱室结构进行了舱内爆炸模型实验,研究了舱内爆炸下的冲击载荷及其作用过程,分析了舱内爆炸载荷的强度及舱内爆炸载荷作用下舱室板架结构的失效模式。结果表明:舱内爆炸载荷与敞开环境下的爆炸载荷有较大区别,由于舰艇结构的影响,舱内爆炸下,舱室板架结构承受的冲击载荷除壁面反射冲击波外,在舱室角隅部位还有强度远大于壁面反射冲击波的汇聚冲击波,以及这些冲击波的多次反复作用;舱内爆炸下舱室板架中部结构所承受的初始冲击载荷强度与敞开环境爆炸下壁面反射冲击载荷强度相当,而角隅部位舱内爆炸载荷的强度远大于敞开环境爆炸下壁面反射冲击载荷;舱内爆炸下舱室板架结构的主要失效模式是沿角隅部位发生撕裂失效并发生大挠度外翻变形。

角隅结构对舱内爆炸载荷影响的实验研究

在空间较封闭的舱室中发生爆炸时,舱室板架结构所承受的载荷包括壁面反射冲击波和角隅部位的汇聚冲击波,这种载荷特性将直接影响到结构的破坏形式。采用双层舱室结构模型进行了不同装药量的舱内爆炸实验,研究了三种不同的角隅连接结构型式对冲击波在角隅汇聚情况的影响。基于图象法(Method of Images)解释了冲击波在角隅的汇聚现象,采用数值计算方法分析舱内爆炸冲击载荷与结构的相互作用。结果表明:舱室角隅位置的连接结构型式只对小药量工况下的舱内爆炸冲击波流场有一定的影响,其中相对平缓过渡连接的结构型式一定程度上减缓了冲击波在角隅的汇聚。当初始冲击波强度较大时,结构型式的改变对冲击波的角隅汇聚影响不大。舱室内形成的反射冲击波高压区将首先作用在横舱壁中部位置,基于这种传播路径和特性,横舱壁上设置适当的开孔将有效地降低舱内的冲击波汇聚压力。

冲击载荷下舰船夹芯舱室结构动态响应及吸能特性

夹芯舱室结构已被用于国外舰船水下舷侧防护结构中,优化舰船水下舷侧防护结构对研究夹芯舱室结构的抗冲击性能具有重要意义。利用MSC.Dytran软件,研究冲击载荷作用下夹芯舱室结构的动态响应及吸能特性,分析前舱壁厚度hf、后舱壁厚度hb、弧形竖隔板厚度ha及其半径r这4个尺寸参数对夹芯舱室结构变形和吸能特性的影响,给出夹芯舱室结构前舱壁中心点挠度、后舱壁中心点挠度、前舱壁最大塑性应变、前舱壁变形能及芯层结构变形能的拟合公式。结果显示:当4个尺寸参数在一定范围内变化时,由拟合公式计算所得结果与仿真结果的相对误差在10%以内。所得结果可为夹芯舱室结构的设计提供参考。

大射电望远镜馈源舱的风激振动及其MT MD减振设计研究

采用修正的Davenport风谱来模拟风荷 ,分析了FAST (Five -hundred -meterApertureSphericalTelescope)大射电望远镜馈源舱在该风荷作用下的振动 ,并根据分析和计算的结果设计了多频调谐质量阻尼器 (MultipleTunedMassDampers) ,计算结果表明 。

浮空器载荷舱热特性研究

根据浮空器的特点,分析了其载荷舱内的基本传热途径,建立了自然对流与辐射耦合传热问题的三维稳态数学模型。运用CFD软件进行数值模拟,得到了舱内气体的温度和载荷的表面温度。为载荷舱热特性的进一步研究奠定了基础。

隔层设置对防雷舱液舱防护能力的影响

为寻求防雷舱液舱结构设计的新方法,通过对不设置隔层、设置双层板隔层和设置波纹夹芯板隔层的3种防雷舱液舱结构模型在相同冲击载荷作用下的变形和能量变化过程进行对比分析,研究了设置隔层对防雷舱液舱防护能力的影响。研究表明:在不增加液舱整体重量的条件下,在防雷舱液舱中设置隔层能减小液舱后板的变形,使防雷舱液舱能承受更大的冲击载荷,从而提高防雷舱液舱的防护能力,并且波纹夹芯板隔层比双层板隔层的防护效果更好。