爆炸冲击波作用下金属折叠式夹层板损伤特性研究

为研究爆炸冲击波作用下金属折叠式夹层板的损伤响应特性,采用ABAQUS软件、CEL算法和流固耦合理论建立了冲击波作用下的金属折叠式夹层板结构损伤的仿真模型,通过对数值仿真与实验数据进行对比,验证了数值仿真的有效性.同时对不同面板厚度、炸药当量对金属夹层板的毁伤特性进行分析.结果表明:随着上面板厚度的增加,结构发生局部破坏产生的破口逐渐减小,破口形状逐渐发生改变;随着炸药当量的增加,夹层板横向、纵向的结构特性逐渐丧失.

低压慢衰减冲击波作用下折叠式夹层板结构永久变形研究

折叠式夹层板在舰船领域有着广阔的应用前景,对其抗爆性能的研究具有实际工程意义。本文以折叠式夹层板为研究对象,设计开展爆炸试验,对低压慢衰减冲击波作用下折叠式夹层板结构的永久变形进行研究。同时,利用ABAQUS软件对试件进行数值仿真分析,进一步研究结构损伤变形过程及失效机理,讨论芯层高度对夹层板结构抗爆性能的影响规律,并与试验结果进行比较。总结不同芯层高度夹层板在远场爆炸冲击载荷下的抗爆性能评估指标。结果表明,结构沿横向和纵向具有不同的变形模式,在实际应用中,需要依据相应标准选择合适的芯层高度。本文研究成果可为舰船结构损伤评估与抗爆结构设计提供参考。

V型折叠式夹层板横向压皱吸能特性研究

金属夹层板具有优越的力学性能,良好的吸能特性可用于船舶耐撞、抗爆防护结构设计。以V型折叠式夹芯结构为研究对象,通过试验分析夹芯层结构变形模式、压皱力历程曲线等,得到了夹芯层结构横向压皱力学性能,采用有限元软件Abaqus对其在横向受压时的力学行为进行数值仿真分析,分析结构压皱动态渐进屈曲过程、变形模式、吸能效率、平均压皱强度等。对比分析表明,V型夹芯层结构在横向压皱载荷下发生屈曲、褶皱变形模式,变形模式决定了压皱力学行为及其性能,其中单元变形模式I的吸能效率较高。采用合理的模型化技术得到的有限元计算结果与试验结果两者吻合较好,验证了有限元数值仿真的计算精度。

U型折叠式夹层板防护性能数值仿真分析

开展夹层板单元防护性能研究可为舰船防护结构设计提供指导。以某船底加筋板架为应用对象,设计出U型折叠式夹层板结构;利用MSC.Dytran对船底板架及夹层板结构在水下爆炸冲击载荷下的动态响应进行数值仿真分析,通过分析流—固耦合压力、损伤变形、速度、加速度、结构塑性吸能等性能参数,对比研究两结构的防护性能;分析夹层板在不同冲击强度下的损伤特性,面板厚度、夹芯板厚、夹芯与面板夹角、夹芯单元宽度、夹芯高度等结构参数对夹层板损伤变形、结构吸能等特性的影响。通过研究得到了U型夹层板在水下爆炸冲击载荷下的损伤特性、变形模式等,U型夹层板的防护性能明显优于传统加筋板架,夹芯层在夹层板抵抗水下冲击载荷中起到关键作用,结构参数对防护性能产生不同程度的影响。

折叠式夹层板水下爆炸防护性能数值仿真分析

以某舰船船底板架为应用对象,以等质量为设计原则,设计了V-I、V-IV、U-I、Y-I、X-II及CT-I型六种夹层板的结构型式及尺寸。利用有限元软件MSC.Dytran数值仿真分析各种类型夹层板在水下爆炸冲击载荷下的动态响应特性,得到各种夹层板的动态响应特性及变形模式。通过流-固耦合压力峰值、比冲量、塑性位移及结构吸能等力学性能的分析,比较这六种夹层板结构的防护性能。研究表明,夹芯层结构变形模式是决定夹层板防护性能的关键因素;夹芯层结构减小了传递到上面板的冲击载荷,对减小结构变形起积极作用,改善了上面板的冲击环境。夹芯层结构的吸能效率较高,夹芯层塑性压皱变形吸收了大部分能量,起到很好的防护作用。六种夹层板的动态力学性能参数随冲击因子变化均呈现出相似的趋势,其中X-II、U-I、V-I型夹层板结构的防护性能较优,CT-II、V-IV、Y-I型夹层板结构的防护性能相对较差。

基于折叠式夹层板船体结构耐撞性设计

提高船体结构的耐撞性能是开展船舶碰撞与搁浅研究的主要目的,通过船体结构耐撞设计提高船舶的安全性,对常规船体结构进行优化来提高结构耐撞性能是有限的,设计新型高效的吸能单元是提高结构耐撞性能的有效途径.折叠式夹层板具有吸能好、比强高、刚度大等特性,是一种理想的能量吸收单元.引进特种吸能单元FSP设计出一种新式耐撞结构形式,分别应用于双壳、单壳舷侧结构,对其耐撞性能进行研究.通过数值仿真计算分析,证实FSP舷侧结构显著提高了单壳、双壳舷侧结构的抗撞能力,FSP结构是一种先进的耐撞结构形式.

折叠式夹层板横向吸能特性研究

折叠式夹层板作为轻型结构在舰船中应用前景广阔,而夹芯层结构为决定夹层板力学性能的关键因素。在总结现有折叠式夹层板类型基础上对其进行分类,整理出20种折叠式夹层板型式,进行结构概念设计;利用Abaqus数值仿真分析各种型式夹层板在横向压皱载荷下准静态压皱力学行为,获得各种夹层板压皱变形模式、压皱性能及吸能效率。对比分析表明,V-Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ及U-Ⅰ五种夹层板结构的吸能效率、平均压皱强度较高,作为吸能结构较优;而U-Ⅳ、Circle Tube-Ⅰ、U-Ⅱ三种夹层板结构在一定条件下可作为吸能结构。

折叠式夹层板水下爆炸试验研究

论文作者在前期数值仿真研究的基础上,对V型折叠式夹层板水下爆炸防护性能试验进行了研究。设计和加工折叠式夹层板及试件支撑围壁结构,制定夹层板水下爆炸试验方案。通过试验确定典型计算工况,对V型夹层板的动态力学行为进行试验研究。研究得到了可用于夹层板板格水下爆炸防护性能试验研究的试验方案,包括试件制备、试验装置、测试工况、测试技术等。试验结果表明,下面板呈现整体弯曲与板格局部凹陷相叠加的变形模式,塑性变形量较大;上面板呈现整体弯曲的变形模式;夹芯层发生压皱变形,使得传递到上面板的载荷减小,上面板的塑性变形量也较小,起到良好的防护作用。

基于全耦合分析技术的折叠式夹层板船体结构碰撞性能研究

船舶碰撞事故往往会带来灾难性的后果,船舶碰撞性能以及耐撞结构设计方面的研究一直受到国内外学者的重视。基于全耦合数值仿真分析技术,以一多用途船舷侧结构为研究对象,设计出两种夹层板新式抗冲击舷侧结构,并对原结构和新式结构的碰撞性能进行比较。研究结果表明,新式舷侧结构发生损伤变形的区域较大,参与抵抗撞击的构件增多,损伤变形程度有所降低,且在总质量相当的条件下总吸能有大幅提高,可以有效缓解高能碰撞对结构的危害。

折叠式夹层板面内连接结构优化设计方法研究

夹层板具有优越的力学性能,能够迎合未来海军舰船结构发展的需求,但夹层板连接结构成为限制其在舰船设计中应用的重要因素。本文基于折叠式夹层板系统地研究了夹层板面内连接结构优化设计方法,提出了夹层板连接结构设计原则,在此基础上提出了4种折叠式夹层板面内连接结构概念设计方案,并基于折叠式夹层板结构尺寸提出了面内连接结构初步设计方案,并基于此分别开展了面内连接结构尺寸优化设计和形式优化设计,最终基于综合评分法确定了最优的面内连接结构设计方案,并提出了用于指导夹层板面内连接结构设计的优化设计方法。

基于PCL的折叠式夹层板结构参数化建模

折叠式夹层板具有优越的力学性能,在有限元分析中,由于夹层板结构复杂,建模工作量大.针对这些问题,基于PCL对Patran进行二次开发,通过输入夹层板尺寸和网格数量等参数实现V形折叠式夹层板结构的参数化建模.编制折叠式夹层板建模界面,实现夹层板结构有限元分析参数化,提高建模效率,为夹层板结构设计提供支撑.

空中爆炸冲击载荷下折叠式夹层板塑性动力响应研究

在研究夹层板抗爆性能时,主要通过试验与仿真来进行评估,成本较高且耗时较长。为了降低成本以及实现舰船结构损伤变形的快速评估,进而有效指导舰船结构抗爆性能设计分析,本文针对空爆载荷作用下折叠式夹层板的变形特点将结构响应过程分为3个阶段,采用动能定理、能量守恒原理以及塑性力学的相关理论进行分析,得到了简化的理论预报公式,并通过算例将理论解析解与仿真结果进行比较。结果表明该理论预报公式具有适用性,可以为折叠式夹层板结构的抗冲击性能评估及设计提供参考。

组合压载下金属折叠式夹层板的后屈曲极限强度分析

金属夹层板以优异的力学性能已应用于实船。本文根据与加筋板重量相当原则,设计一种金属折叠式夹层板结构,考虑其应用于舰船甲板的受力特性,采用非线性有限元方法,研究夹层板结构在不同组合载荷作用下的非线性后屈曲极限强度。首先通过与经验公式及相关结果对比验证了本文数值仿真方法和技术的可行性和准确性;然后建立双向面内受压和垂向载荷作用下的金属折叠式夹层板结构数值模型,基于屈曲特征值确定屈曲极限强度分析的初始缺陷;考虑结构初始缺陷,计算得到夹层板结构的后屈曲极限强度;对金属折叠式夹层板在不同组合载荷作用下的横向、纵向后屈曲极限承载能力进行计算分析;并与传统加筋结构对比,结果显示本文设计的金属折叠式夹层板结构具有更优异的稳定性和极限承载力,结果对金属夹层板的应用与强度设计提供参考。

折叠式夹层结构压皱性能数值仿真

为研究网格尺寸、加载速率及仿真试件的单元数和单元长度等对夹层板压皱性能的影响,用Abaqus对U-I形折叠式夹层板的压皱性能进行数值仿真,提出精度高、效率高的数值仿真模型化技术,分析不同变形模式和夹层结构尺寸对压皱性能的影响.结果表明:变形模式是决定夹层板压皱性能的关键因素;不同的结构参数组合会形成不同的变形模式,进而影响结构的压皱载荷和吸能特性;存在较优的夹芯壁厚、高度、间距和夹角的尺寸组合使夹层结构的吸能效率较优.

基于夹层板的单壳船体结构耐撞性设计

减小船舶碰撞损伤提高船舶结构安全性是开展耐撞设计的主要目的。仅靠对传统结构进行优化来提高结构的耐撞性能是有限的,设计高效的吸能单元是提高结构耐撞性能的主要途径。夹层板(蜂窝式夹层板、折叠式夹层板)具有吸能好、比强度高等特性,是一种理想的能量吸收单元。基于夹层板设计出新式单壳舷侧耐撞结构形式,对其耐撞性能进行研究,并与不同耐撞结构形式进行比较。数值仿真结果证明,夹层板舷侧结构显著提高了舷侧结构的抗撞能力,是一种先进的耐撞结构形式。

夹层板在舰船舷侧防护结构中的应用

水面舰船抗水下爆炸的性能是舰船生命力的重要方面,深受各国海军重视。以某型水面舰船为研究对象,基于夹层板进行舷侧结构设计;选取典型工况,采用三舱段模型技术,使用MSC.Dytran对夹层板舷侧结构在水下爆炸冲击波载荷作用下的动态响应进行仿真计算。比较分析了流-固耦合力、结构变形、速度、加速度、吸能等重要力学性能。结果表明夹层板应用于舰船舷侧结构使得结构的变形、位移减小,结构塑性吸能增加,显著改善了结构的冲击环境。夹层板是一种防护性能优良的结构形式,吸能效率较高,还减小了冲击波压力及冲量的吸收及传递,对减小舰船其它部位结构的损伤防护起到重要作用。

激光焊接夹层板结构设计程序开发

基于U-I型、U-IV型、V-I型、V-IV型4种夹层板结构形式,利用PCL(Patran Command Language)语言对MSC.Patran进行二次开发,设计开发出折叠式夹层板结构设计程序(FEA-LASCOR)。该程序仅需设计者在用户界面简单操作即能够实现夹层板板格快速建模、屈服强度分析、结果处理等功能。验算分析表明FEALASCOR程序具有与传统数值仿真分析一样的精度,并缩短了繁琐的建模工作,显著提高设计分析效率,为夹层板船体结构设计高效、快捷的分析工具。

基于夹层板的单壳船体结构耐撞性设计

提升船舶结构的安全性已经成为了实施耐撞设计最为重要的目标,这一目标主要依靠减小船舶的碰撞损伤来实现,因此,仅仅依靠过去传统的结构来实施优化,进而提升船体的耐撞性能十分有限,所以,提升船体结构的耐撞性能最为主要的途径就是要设计一个高效吸能的单元。夹层板主要包括折叠式夹层板以及蜂窝式夹层板这两种,这两种夹层板都具有比强度高以及吸能好等等特征,已经成为了一种相对来说比较理想的能量的吸收单元。文中,笔者就对基于夹层板的单壳船体结构耐撞性设计进行分析和探讨。

钢质夹层桥梁防护装置的耐撞性能研究

通过对桥梁防护装置研究,提出四棱柱式与双折叠式夹层板桥梁防护装置,采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元对其耐撞性能进行数值仿真,探讨两种夹层板防护装置的尺寸参数对其性能的影响.研究结果表明:经结构优化后四棱柱式夹层板的耐撞性能优于双折叠式;分别用两种夹层板替换传统钢质箱式防护装置的外围板,两种夹层板式防护装置的耐撞性能均优于传统钢质防护装置,而四棱柱式防护装置的性能最佳.

冲击波与随机分布破片联合作用下金属夹层板损伤特性研究

以金属折叠式夹层板为研究对象,基于LS-DYNA软件中的ALE方法,建立了考虑破片随机分布且在冲击波和破片联合作用下的夹层板损伤仿真分析模型。根据实际破片质量分布特点,通过理论公式验证了典型工况下破片分布的理论概率模型;应用参数化设计工具Grasshopper,引入自定义破片面积量化模块,对不规则几何形状的破片场进行参数化生成,建立了符合幂率分布的破片场模型。进行了冲击波和破片联合作用下金属折叠式夹层板的仿真计算,分析破片分布密集度和爆炸距离对金属夹层板结构损伤的影响,以及上、下面板的变形和能量吸收特性,结论可为舰船抗爆防护设计提供参考。