水下爆炸载荷下小型目标变形及冲击损伤试验

采用双腔内部填沙圆柱壳体(硬模型)模拟含内部装填物的水下实体结构,对圆柱壳体在水中受球形三硝基甲苯(TNT)炸药产生的冲击载荷作用下的动力响应过程及其冲击破坏进行研究.对不同装药量、爆炸距离和爆炸方位下的内部填沙圆柱壳体目标与空壳目标(软模型)进行了爆炸冲击试验,并将内部填沙圆柱壳体与空壳圆柱壳体在相同爆炸条件下的试验结果进行比较.结果表明,相同爆炸条件下,填沙圆柱壳体比空壳圆柱壳体抗爆能力强,填沙圆柱壳体模型的冲击破坏主要集中于仪器舱段,装药舱段很难破坏,空壳圆柱壳体的冲击破坏主要发生在较薄的主舱段,表现为壳体表面轴向撕裂.

加固路基-列车耦合系统地震响应及安全性分析

以某计划铺设路基线路为研究对象,考虑黏-弹性人工边界、土壤的非线性、结构间动态接触,建立了列车-路堤-土体耦合系统有限元模型。采用Drucker-Prager材料本构,并进行修正。轮对和钢轨采用双向对称接触方式在轮对与钢轨表面间建立垂向接触对和侧向接触对,轮轨间作用力采用罚函数方法计算。提出了软土地基加固方案,对比分析了地基加固前后,列车-路堤-地基系统的地震响应;讨论了软土路基震后残余变形对列车地震脱轨安全性的影响程度及规律。计算结果表明:地基加固对地震激励下列车-轨道结构动力响应以及列车运行安全性影响显著,加固后脱轨系数、轮重减载率和车体加速度均显著减小。

大尺寸三维激光测量系统标定方法

研究了一种基于平面几何射影变换原理的三维激光测量系统标定方法.根据测量系统中激光扫描平面的旋转特点,基于平面射影变换中直线不变的映射关系建立了标定对象表面被测点在不同参考系之间变换的约束关系,并采用封闭运动链思想定义系统参考系空间刚体变换关系,将系统标定问题转化为世界坐标系下系统内参数矩阵和外参数矩阵的求解.通过空间变换关系得到上述2个矩阵的解,实现系统的标定.该方法标定装置简单、速度快、稳定性好,能够满足实际工程应用中的需求.

车身外覆盖件面畸变缺陷模面补偿方法

面畸变缺陷是指车身外覆盖件成形回弹阶段产生的深度在几十至几百微米的局部小凹陷,面畸变缺陷对整车外观质量影响很大,因此在模具设计阶段即通过准确预测面畸变缺陷并进行补偿和控制十分重要。通过有限元仿真分析和试验验证,能够准确预测车门门把手特征件的面积变缺陷。一种抑制面畸变缺陷的模面补偿方法被提出。通过车门门把手特征件和柱面扁壳特征件的有限元仿真,特征件表面反映面畸变缺陷的二维评价指标在经过模面补偿后减少90%以上,验证了提出的面畸变缺陷模面补偿方法的有效性。该方法基于数值计算获得理想的模面几何模型,通过改变板料在成形过程中厚度方向的应力梯度控制厚度方向弯矩导致的面畸变,为模具在设计阶段对板料成形后的面畸变缺陷进行控制提供了依据和解决方案。

输水隧道地震响应的多物质ALE数值分析

为研究浅埋输水隧道内部流体对隧道地震响应的影响,考虑黏弹性人工边界、土壤的非线性、隧道结构刚度有效率及流-固耦合作用,建立了双线隧道-土体-流体相互耦合作用的力学模型。通过刚度折减试验得到衬砌环环向、径向、轴向刚度,进而引入正交各向异性连续材料作为衬砌材料模型。采用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)描述法的流-固耦合方法,对上海某大直径双线输水隧道在流体作用下的地震响应进行了分析。通过与等效密度法对比,验证耦合模型对于处理输水隧道多物质非线性耦合抗震问题的可行性。计算结果表明,在水平方向地震激励下,无论一致激励或是非一致激励流体对隧道地震变形和内力都有较大影响,但对位移影响较小;对于不同隧道内水量,隧道弯矩均集中于衬砌隧道45°交叉斜线位置;相比于一致激励,非一致激励增强隧道地震位移和变形响应是明显的。

非正则复向量的扩展MVDR算法研究

研究了非正则复向量的特性对MVDR算法的影响。将阵元接收数据经过FFT运算后,在任一频率下的列向量都是非正则复向量。根据非正则复向量伪自相关阵的特性,提出了扩展自相关矩阵和扩展驾驶向量,推导出了扩展MVDR(ExMVDR)算法。仿真试验表明ExMVDR算法比MVDR能够更好的压制旁瓣,主瓣的信噪比能够提高2dB左右。

舰员抗冲击地砖动力学分析

抗冲击地砖具有超弹性大孔隙率蜂窝薄壁结构。建立抗冲击地砖的周期性薄壁结构单胞模型,进行冲击响应分析。结果表明,抗冲击地砖在压缩过程中具有明显的应变平台期,能够在一定载荷范围内提供足够的支撑刚度;在载荷强度达到一定值时,该结构能够被迅速压溃,产生瞬态大变形而吸收冲击能量。因此,抗冲击地砖是一种理想的舰员冲击防护手段。

波浪冲击作用下核电站防浪堤动力响应的数值模拟

基于多物质ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法,利用带阻尼罚函数实现波浪与防浪堤结构间耦合作用,模拟波浪冲击作用下防浪堤结构及流体三维动态响应过程,所得结果与物理模型试验结果一致性较好。讨论挡浪墙表面波压力分布及挡浪墙所承受最大水平推力及结构动态响应对波浪冲击系数影响。结果表明,前挡浪墙静水面位置与后挡浪墙底部波压力较大;后墙承受波浪水平推力较大;结构动态响应会增强波浪的冲击作用。仿真结果可作为防浪堤强度设计重要依据及控制越浪量设计参考。

3D打印砂模的结构优化设计方法研究

砂模3D打印是一种快速发展的砂模智能制造技术,能够对任意复杂形体进行几何造型。在实际应用中,砂模造型设计仍沿用传统设计思想,尚未充分发挥3D打印所带来的技术优势。由于传统砂模几何形体中存在冗余结构,直接影响打印效率,因此有必要结合3D打印技术优势对砂模结构进行设计优化,以提高生产效率、节约生产成本。在新工艺环境下,本文建立了一种砂模结构优化设计方法及其设计流程;以砂模壁厚作为优化参数,依据力学性能要求,建立了砂模结构优化设计模型;最终基于某厂铸造试验件进行了范例设计与仿真校核。优化设计后的试验件砂模在满足力学性能要求的前提下,体积优化率达到42.6%,有效提升3D打印砂模的生产效率与经济性。

船用双摆翼式波浪能捕获装置设计与试验

针对目前水上电动无人船能耗大,导致续航能力不足的问题,设计了一种双摆翼式、可伸缩的船用波浪能捕获装置。为研究该装置的波浪能捕获特性,基于系统机械结构和水动力参数,建立了波浪能捕获系统的频域动力学模型,搭建了该系统在波浪作用下的时域仿真平台,试制了1:8的缩比样机,开展了其捕获波浪能的水池试验。通过仿真与试验结果的比较,验证了仿真模型的准确性,试验结果表明样机在周期2.0s,波高16cm的规则波下,捕获功率达到0.74W。最后通过相似比理论,计算了实尺寸系统在周期为5.66s,波高1.28m的规则波下可实现捕获功率达到2143.26W。该研究为船用波浪能转换装置的设计提供了参考。

考虑结构响应及轴线形状的防浪堤抗波浪冲击数值模拟研究

采用多物质ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法对核电站防浪堤受波浪冲击过程中挡浪墙表面波压力和结构响应规律进行研究。建立与物理模型1∶1的三维直型防浪堤-波浪耦合模型,通过与波浪理论公式和物理模型试验结果对比,验证该文采用的数值造波和耦合冲击方法的可行性。在此基础上建立与实际模型1∶1的三维直、弧型防浪堤-波浪耦合模型,分析了防浪堤结构刚度、断面尺寸以及防浪堤轴线形状对波浪冲击过程中波压力和结构响应的影响。结果表明:防浪堤前、后表面最大波压力分别出现在静水面位置和后墙底部;前墙和堤顶宽度对后墙具有保护作用;结构响应增强前墙波压力,但对后墙波压力有减弱作用;防浪堤轴线方向突变处波压力与结构应力较大。

基于混合模型方法的大型输水隧道水锤冲击响应数值分析

针对大型输水隧道水锤分析响应分析中由于超大计算规模和非线性强流-固耦合计算造成的数值计算困难,该文提出将混合模型方法应用到大型衬砌输水隧道水锤冲击响应的数值模拟中,通过该方法不仅可以得到输水隧道全程水锤压力,也可以得到关键区域衬砌环管片结构响应。模型中流场部分通过FLUENT计算得到流场节点压力和速度,然后通过初始条件或边界信息施加到结构部分进行LS-DYNA计算,水锤计算时流-固耦合通过基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述的罚函数实现。该文对上海某大直径双线输水隧道在水锤作用下的结构响应进行了分析,结果呈现了水锤压力在长距离输水隧道内的传播以及对衬砌结构的影响。

核电站防波堤抗海啸漂浮物冲击数值模拟及分析

对海啸漂浮物冲击沿海防浪堤造成的结构安全问题,基于多物质ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方法,利用带阻尼罚函数实现波浪、海啸漂浮物和防浪堤结构三者之间的耦合作用,建立三维数值冲击耦合模型,模拟了孤立波带动漂浮物冲击防浪堤结构的动态响应过程.首先通过物理模型试验验证所用数值方法的可靠性,在此基础上研究了防浪堤挡浪墙抗海上和陆上漂浮物的冲击能力,并且从漂浮物的质量、漂浮物距挡浪墙的距离等参数对冲击规律展开研究.结果表明,带漂浮物的海啸相比海啸波对结构更具破坏力;漂浮物质量和相对于防浪堤的初始位置对防浪堤的冲击响应有较大影响.

三自由度波浪能捕获装置性能与实验分析

海洋波浪能是一种储量丰富的清洁能源,开发利用波浪能给海洋装备供电前景广阔。以小型直驱式三自由度波浪能捕获装备为研究对象,对不同周期来波和不同转动中心位置组合工况下的俘获宽度比进行了研究。首先建立了装置捕获波浪能并转换为电能的频域和时域动力学模型,探明了转动中心变化会对装置的回转刚度和所受到的波浪激振力造成改变,影响其动态响应。进而以理论模型为基础,对不同工况下装置的电压输出进行了数值计算。最后,试制了1:12.5小比例样机,并在循环水槽中进行实验,计算和实验结果表明,转动中心的改变几乎不影响垂荡方向的电压输出幅值,但能改变纵摇方向的固有频率。装置的俘获宽度比在T=1 s,d=-5.0cm时达到最高,约为28%。