圆柱壳结构水下爆炸冲击波毁伤的吸收冲量准则

为了准确评估水下爆炸冲击波对圆柱壳结构造成的破坏程度,考虑了冲击波与目标耦合过程中的冲量传递效率因素,给出了球面冲击波作用下圆柱壳吸收冲量的积分计算方法,并提出用其作为圆柱壳结构的毁伤准则威力参量。为了避免工程计算困难的问题,进一步给出了无需积分计算的近似简化算法。借助相关文献数据,对比分析了准则的准确度与适用性。结果表明,相对于冲击波峰压准则、比冲量准则以及能流密度准则,吸收冲量准则可以更准确地对比圆柱壳目标在不同工况下的毁伤效果,与圆柱壳结构毁伤程度具有更强的相关性,均方误差比其他准则降低76%以上;吸收冲量准则的简化计算方法可以准确逼近积分方法的结果,以文中工况为例,相对误差均在0.9%以内。所提出的毁伤准则具有良好的准确度和适用性,为准确评估水下爆炸冲击波对圆柱壳结构的毁伤效果提供了新的支撑。

对接圆柱壳结构的频响函数子结构混合建模方法研究

以建立精确的对接圆柱壳结构动力学模型为目标,为解决对接圆柱壳结构实验模型存在的界面转角自由度信息缺失的问题,提出了频响函数子结构混合建模方法,采用界面刚性等效方法进行界面转角自由度信息的近似估计,并将其与有限元频响结果进行对比分析,验证了该方法在圆柱壳结构中的计算精度。同时,根据子结构频响函数获取方式、界面自由度的不同,采用子结构频响函数综合方法进行多种工况下的混合建模。结合对接圆柱壳结构的振动特性,对比分析不同工况下的混合建模结果。结果表明:考虑界面转角自由度信息后,可有效提高对接圆柱壳结构的混合建模精度。

圆柱壳结构干扰自适应减振控制研究

针对具有网格划分压电传感器-作动器的圆柱壳减振控制问题,提出了一种具有在线自组织能力的分布式H∞一致性减振方法。采用FFT方法,对振动数据进行振动能量时频分析,进行模态截断、确定控制阶次。随后,基于分布式H∞一致性控制理论与粒子群优化,进行迭代计算,优化选取部分压电致动器进行减振控制。使得压电致动器对外界激励变化具有在线自组织自适应能力,且H∞一致性性能指标最小化外激励对系统振动的影响。仿真结果表明,圆柱壳受到脉冲激励、持续激励以及多模态激励时,振动能量分别降低91.5%、90.9%、91.2%。控制器对外激励具有较好适应能力。

水下爆炸作用下复合材料圆柱壳结构失效模式分析

[目的]为提高无人水下航行器(UUV)、自主式水下航行器(AUV)、空气瓶等外壳防护结构的抗爆抗冲击能力,对水下爆炸和高静水压力载荷下碳纤维增强复合材料(CFRP)圆柱壳的结构响应及其失效模式进行研究。[方法]利用ABAQUS软件和耦合欧拉-拉格朗日法(CEL)方法构建在静水压力和冲击载荷共同作用下CFRP圆柱壳内爆的计算模型,通过与实验结果对比来验证数值模拟方法的有效性,并在此基础上获得CFRP圆柱壳内爆的失效模式和参数化影响。[结果]研究发现,CFRP圆柱壳水下内爆可分为3个阶段:屈曲阶段、壁面接触阶段、失效扩展阶段;减小圆柱壳长径比能提高结构的抗冲击能力,且影响CFRP圆柱壳的失效模式;随着纤维层数的增加,壳结构的静水承载能力和抗冲击能力增长速率增加;增加冲击块速度,壳的壁面界接触和失效扩展越显著,发生的基体断裂更多,且裂纹在圆柱壳长度方向上有明显增大趋势。[结论]所做研究可为水下航行器等结构设计工作提供数据指导,推动复合材料在上述领域中的应用。

含局部预应力的圆柱壳结构声辐射特性分析

以圆柱壳结构-声辐射特性为研究对象,分析了局部预应力对结构动力学特性的影响.基于Flügge圆柱壳薄壳理论,建立了含局部预应力的圆柱壳结构应力-应变方程,应用变分原理推导了含局部预应力的圆柱壳结构动力响应方程.结合结构有限元和声边界元法,对圆柱壳结构的声辐射问题进行数值分析,对比了预应力对声辐射功率和声指向性的影响.结果表明,由于局部预应力的存在,使得结构的局部和总体刚度都发生变化,并引起结构声振特性的变化.

分析小型水下圆柱壳结构冲击响应的一种近似方法

根据小型水下圆柱壳状结构受爆炸冲击后散射现象严重的特点 ,提出了一种新的冲击加速度的近似计算方法。首先把带加强筋的柱壳结构简化为光滑柱壳 ,并将冲击波分解为不同频率谐和平面波的迭加 ,然后 ,采用耦合模态法分析了受爆炸冲击水下圆柱壳状结构周围的散射场 ,求出了圆柱壳状水下结构的表面接收压力 ,进而分析其受到爆炸冲击后的冲击加速度 ,并研究了结构的弹性变形、材料特性对冲击加速度响应的影响。工程应用实例的分析结果表明 ,该方法具有物理概念清晰 ,运用方便 ,准确度高的特点 。

波浪荷载作用下深插式大直径圆柱壳结构的解析方法及实验

大直径圆柱壳结构是港口及近海工程中的一种新型结构,其力学机理、破坏形态、作用荷载以及计算方法等均亟待研究.基于散体结构力学理论与极限平衡条件,引用基床系数法推导了波浪荷载与结构位移关系的一种解析求解方法,由此可直接确定大圆柱壳结构的破坏形态,并计算出作用在其上的土压力.同时又重新定义了深插式与浅插式大圆柱壳结构的判别标准.最后通过大比尺模型试验,验证了本解析方法是可行有效的.

刚性壁存在下的水下圆柱壳结构的声振特性研究(英文)

通过引入镜像原理来处理海底或码头壁面处的边界条件,基于 Flügge 壳体振动方程和赫姆霍兹方程,建立了在海底或码头壁面存在下的半无限域中圆柱壳结构与声场的耦合振动方程,最后利用稳相法得到了远场辐射声压的近似表达式。对海底或码头壁面存在下水下圆柱壳结构的远场辐射声压进行了计算并与无限域中的结果进行了对比分析,研究发现,海底或码头壁面的存在对水下圆柱壳结构的辐射声场有重要的影响。

基床系数法在深埋式大圆柱壳结构数值模拟中的应用与改进

将基床系数法引入深埋式大圆柱壳结构与半无限域内土体间相互作用的数值模拟分析中 ,考虑了土体反力模量随深度变化的比例系数m值沿环向的折减 ,并考虑剪切力的影响以模拟土体对于结构的竖向作用力 ,从而提出模拟深埋式大直径薄壁圆柱壳结构这种新型结构形式与土体相互作用的一种新的数值分析方法 .在计算中 ,充分利用了ANSYS软件中的APDL语言的参数化建模、前后处理技术以及求解过程控制等功能 ,为模拟、求解大直径薄壁圆柱壳结构与土体相互作用提供了有力的工具 .本模型以及求解方法在对实际工程的验算中 ,取得了良好的结果 .

连续式大直径圆柱壳结构上的波力数值模型(英文)

以线性波理论为基础 ,应用满足两条平行线性边界的无限条形区域的 Helmholtz方程的基本解 ,采用边界单元法建立了连续式大直径圆柱壳结构的一种反射波波力数值模型 .根据本模型的理论与方法 ,采用 Visual C+ +语言编制了计算程序 .算例计算表明了本方法与程序的有效性 ,并且将作用在连续式大圆柱壳结构的波浪力与方沉箱结构相比较 ,在 D/L=0 .0 9～ 0 .19情况下可降低 14 %～ 2 4%

大型低矮圆柱壳结构风荷载特性的风洞试验

以实际工程中的10方立式钢储罐为研究对象,采用刚性缩尺模型风洞试验方法,获得大型低矮圆柱结构内外表面的风压分布规律.结果表明:大型低矮圆柱壳结构外表面的风荷载与规范采用的数据有较大差异,内表面风压呈现出明显的波动.对平均风压和脉动风压的相关性分析表明,准定常理论仅对外表面的背风区适用.对各测点风压时程数据进行三阶和四阶矩统计量分析,研究低矮圆柱壳表面风压的非高斯特性.结果显示:绝大多数测点的概率密度偏离高斯概型.为了便于设计应用,给出非高斯峰值因子的参考数值.与以往试验结果的比较表明:不同高径比的圆柱壳风荷载有所不同,负压区的体型系数绝对值随着高径比的增大而增大.

潜艇耐压圆柱壳结构的优化设计

本文根据结构特点,从解多目标优化问题的简单目标规划法出发,建立了一种单目标约束最优化的数学模型。用复形法求解后,根据材料屈服极限事实上是离散变量的实际情况,以重量最轻为目标函数作了第二阶段优化,并对壳板厚度、环向肋骨间距这两个连续变量作了专门处理,使设计变量都转化为规格化的离散变量,从而使优化设计更为实用。若干实例设计表明普通环肋圆柱壳结构优化方案明显优于原设计方案;在某些特定情况下,纵横加肋圆柱壳结构是一种优于普通环肋圆柱壳结构的结构形式。

基于遗传-神经算法的圆柱壳结构外压稳定性研究

圆柱壳外压稳定性问题是高度非线性的复杂问题,采用遗传算法优化的神经网络模型进行仿真求解,模型具有神经网络强大的函数逼近功能和高度的并行计算能力,同时克服神经网络算法易陷入局部极小点的缺陷。算例求解结果表明,用GA-NN方法分析圆柱壳结构外压稳定性,具有效率高、鲁棒性好的优点,精度满足工程要求。

RSM-FORM 的改进与环肋圆柱壳结构的可靠性计算(英文)

文章在用有限元法对结构进行强度计算和分析的基础上,应用RSM确定了环肋圆柱壳结构强度失效的功能函数;在对相关可靠度理论进行研究的基础上,将RSM与FORM相结合,对FORM进行了改进,解决了当量正态化和参数独立化问题,保留了功能函数的二次项,使计算精度满足实际工程的需要;最后用RSM-FORM对环肋圆柱壳结构强度的可靠性进行了计算分析,计算结果表明,RSM-FORM具有较好的计算精度。

基于响应面法的带肋圆柱壳结构强度可靠性分析

文章首先介绍了响应面法的基本原理,在有限元结构分析的基础上应用响应面法建立了带肋圆柱壳结构的强度失效方程,并将响应面法与一次二阶矩法相结合,解决了参数的当量正态化和独立化问题,最后应用此理论对带肋圆柱壳结构的强度进行了可靠性分析。计算结果表明,基于响应面法的一次二阶矩法具有较好的计算精度。

横向荷载作用下插入式大直径圆柱壳结构的优化数学模型

基于非线性弹簧元数值分析模型,建立了横向荷载作用下原状软粘土中插入式大圆柱壳结构的最优化设计数学模型,从中可以求得多工况荷载组合作用下,结构最佳受力的圆柱壳最佳尺度匹配。采用Monte Carlo方向探索随机行走法作为最优化方法,对通用有限元软件ANSYS进行了优化技术的再开发,基于FORTRAN与ANSYS软件平台联合构建适合薄壁圆柱壳结构自身特殊问题分析的优化过程。算例表明此优化技术是可行有效的,结构经优化设计后相对于原设计,受力条件更优,材料用量有所节省。

大直径圆柱壳结构与土体相互作用的一种耦合数值模拟方法

对于大直径圆柱壳结构及其土体分别采用壳单元和沿深度分层施加的三维空间弹簧单元进行模拟 ,推演了一种耦合数值分析方法 ,综合考虑了土体特性、土体深度及变形情况等因素。采用壳单元和弹簧单元的耦合数值处理可以有效地模拟大直径圆柱壳结构与土体之间的非线性相互作用机制。通过对实际工程的计算 。

深水环境下双层圆柱壳结构受撞数值仿真

水下运载器一旦受到物体撞击造成破舱进水,后果不堪设想。为了提高水下运载器的结构安全性,选取其典型耐压结构形式———双层圆柱壳结构为研究对象,采用MSC.Dytran非线性瞬态动力学分析程序,分3种撞击环境:流固耦合与深水静压联合作用、单深水静压作用以及单流固耦合作用,对双层圆柱壳结构受物体撞击的损伤过程进行数值仿真。通过对计算结果的对比分析,研究了深水压力及流固耦合作用对受撞结构的损伤变形、撞击过程中的能量转换和撞击力的影响。本文的研究成果,可为水下运载器的碰撞研究及抗撞结构设计提供借鉴。

组合边界对圆柱壳结构输入功率流的影响特性研究

针对流场中具有组合声边界的圆柱壳结构的声振问题进行了研究。因自由液面和刚性壁面的受控空间内的圆柱壳结构声振问题同时存在,结合镜像法原理,应用双反射方法推导了具有受控声边界条件的圆柱壳结构运动控制方程。以直角空间域内的圆柱壳结构的受迫振动为例,开展了圆柱壳结构的输入功率流特性计算;对比了圆柱壳结构声边界特性、频率及位置对圆柱壳结构输入功率流的影响。

潜艇环肋圆柱壳结构的模糊优化

本文针对潜艇普通环肋圆柱壳结构设计的特点，建立了潜艇普通环肋圆柱壳结构尺寸优化的数学模型，并考虑到在该结构设计中存在的不确定因素，进行了结构的模糊优化设计。采用约束非线性混合离散变量优化方法，直接获得离散变量的最优解，无需作规格化处理。算例表明本文方法简便实用。