邮轮轻质防火围壁的形貌与螺栓布局协同优化设计方法

本文提出一种夹芯防火围壁形貌与螺栓布局协同优化设计方法,分别建立考虑重量目标、刚度约束、强度约束和屈曲约束的夹芯防火围壁形貌优化设计的数学列式和连接螺栓的拓扑优化设计的数学列式;以某邮轮上层建筑防火围壁设计为例,说明基于该方法的设计过程,包括起筋形貌优化中设计区域的选择、设计变量的确定、最终起筋参数的精细化设计以及基于最优夹芯防火围壁连接螺栓设计域的划分、可行性螺栓拓扑布局的提取和连接螺栓最终布局的方案设计等;最后通过全船相关载荷工况验证不同螺栓布局设计方案连接的夹芯防火围壁的力学性能,通过承载耐火试验验证指定夹芯防火围壁形貌和连接螺栓的可行性和有效性。研究表明:利用本方法优化设计的夹芯防火围壁不仅在全船相关载况下具有良好的承载性能,而且其形貌和连接螺栓在耐火试验过程中均保持了它的承载能力。该方法可为邮轮围壁优化设计提供一定参考。

冲击波和高速破片联合作用下夹芯复合舱壁结构的毁伤特性

为探讨导弹战斗部近炸下舰船夹芯复合舱壁结构设计方法,采用TNT和预制破片近炸实验研究了典型夹芯复合舱壁结构在冲击波与高速破片联合作用下的破坏效应,分析了冲击波和破片联合毁伤载荷,指出了钢质面板和抗弹层的破坏模式,阐述了夹芯复合舱壁结构的防护机理。结果表明:预制破片装药近炸下,破片能远大于冲击波能,是防护结构的主要设计载荷;前面板主要是抵御冲击波,其变形破坏整体为挠曲大变形,局部为集团破片冲塞破口、破片穿孔和撞击凹坑;背板以挠曲大变形吸能为主;陶瓷材料碎裂严重,部分陶瓷碎片反向飞溅撞击前面板;纤维增强复合材料发生了纤维断裂、基体开裂、整体弯曲大变形及分层等破坏,抗弹层应避免产生穿透性破坏。

侵彻载荷作用下船体新型夹芯双层舱壁结构型式研究

在高速破片侵彻载荷作用下,船体双层舱壁结构能够较好地起到防护作用,合理设置双层舱壁间的夹芯型式有利于提高抗侵彻性能.文中针对X、Y、V 3种新型双层夹芯舱壁结构的抗侵彻性能进行了研究,并以破片剩余速度和舱壁吸能作为评判标准进行比较分析,得到了最优夹芯结构型式.研究结果表明:在相同侵彻载荷作用下,以舱壁结构强度最弱处为侵彻目标,破片穿过Y型夹芯双层舱壁结构后的剩余速度最小、舱壁吸能最大;破片穿过X型夹芯双层舱壁结构后的剩余速度次之、舱壁吸能次之;破片穿过V型夹芯双层舱壁结构后的剩余速度最大、舱壁吸能最小.因此,在相同侵彻载荷作用下,X、Y、V 3种新型双层夹芯舱壁结构中,Y型双层夹芯舱壁结构具有最好的抗侵彻性能.

破片侵彻X型夹芯双层舱壁结构的数值分析

利用非线性瞬态动力学软件MSC/Dytran,对战斗部破片侵彻X型夹芯双层舱壁结构的过程进行数值模拟,分析在不同质量及初始速度下破片的剩余速度和舱壁结构的能量变化,总结了破片的剩余速度和舱壁结构的吸能随侵彻载荷参数变化的规律。最后在破片侵彻单层靶板剩余速度经验公式的基础上,运用等效厚度法对单层靶板剩余速度经验公式进行修正后,得到了破片侵彻双层舱壁结构的剩余速度公式,为双层舱壁结构工程化应用提供参考。

隔板方向对泡沫芯复材夹芯梁抗剪性能影响的试验研究

采用真空导入工艺制作了3组不同方向(横向、纵向及双向)的隔板增强泡沫芯复材夹芯梁,对其进行了剪跨比为3的三点弯试验研究,获得了其失效过程及破坏模式,分析了隔板布置方向对该复材夹芯梁受剪力学行为的影响。结果表明:1隔板横向、纵向及双向布置时,夹芯梁的破坏模式分别为上面层弯曲折断、侧面层局部屈曲及上面层剪切破坏;2横向隔板可有效阻止泡沫芯材的斜裂缝扩展,从而提高构件在横向荷载作用下的延性,但不能显著提高夹芯梁的刚度和强度;3隔板纵向布置时,构件的承载力和刚度相比于未增强的普通泡沫芯复材夹芯梁分别提高了1.02倍及5.65倍,但延性仅提高了0.23倍;4双向隔板增强泡沫夹芯梁的力学性能与纵向隔板增强泡沫夹芯梁较为相似,其承载力和刚度均明显高于横向隔板。

新一代运载火箭贮箱大温差泡沫夹层共底研制

系统研究了一种铝合金面板/聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层结构低温贮箱共底的结构设计、关键制造技术及结构性能,该贮箱共底成功通过了气密试验、低温打压及隔热性能等试验考核,单底内压0.54MPa,低温打压煤油箱压力0.40 MPa,氧箱压力0.47 MPa,共底面板不皱损、不失稳,煤油温度不低于17℃。研制的夹层共底能够满足大温差(约210℃)、轻质化和发射前无需抽真空隔热等的使用需求,为我国新一代运载火箭成功研制奠定了技术基础。

大温差隔热共底在运载贮箱中的应用研究

针对提升运载能力、满足200K大温差隔热及低温承载的要求,对金属面板变厚度聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)泡沫夹层共底贮箱结构设计进行了研究。比较了PMI泡沫和玻璃钢蜂窝夹芯性能并确定夹层使用材料,对夹层共底的构型、面板厚度和PMI泡沫厚度进行了优化设计。用Abaqus软件建立了数学仿真模型,在飞行最严酷等7种工况下对共底贮箱的力学性能进行了仿真,发现不同低温工况的应力云图相似。对共底贮箱进行了低温静力试验,各种工况夹层共底上下面板实测应力数据与理论值吻合良好,煤油箱最低温度15.2℃,隔热性能满足煤油温度大于-10℃的隔热指标要求。设计的PMI泡沫夹层共底贮箱结构实现了200K大温差的有效隔热和低温双向承载功能,且简化了发射场工作流程。

破片侵彻作用下的波纹夹层板横舱壁结构响应分析

主流大型舰船的横舱壁结构以加筋板型式为主,但加筋板受制于其单层结构特点,较难提出新的设计。设计一种波纹夹层板,将其应用于大型舰船的横舱壁结构。采用有限元软件建立简化数值模型,研究在高速破片侵彻作用下的波纹夹层板横舱壁结构动态响应和破坏机理,并与传统单层加筋板横舱壁结构进行比较。结果表明,应用波纹夹层板,横舱壁结构的抗侵彻性能有明显提升。