方格夹层板在冲击载荷作用下的响应分析

对方格夹层板在爆炸冲击波载荷作用下的响应进行数值计算分析。首先验证数值计算方法的可靠性。在此基础上对方格夹层板和普通加筋板在爆炸冲击波载荷作用下的响应进行数值计算。结果表明,夹层板的性能明显优于普通加筋板。然后,变换夹层板参量,如加筋厚度、加筋高度等,通过数值分析来探讨夹层板在爆炸冲击波载荷作用下的响应,并分析了各参量对夹层板性能的影响。     

舰船舱内爆炸载荷下Y形夹层板动响应及抗爆性能影响因素

针对反舰武器攻击下舰船结构抗毁伤防护问题,采用小型舱室模型实验结合有限元数值分析的方法,分析不同爆距下Y形夹层板结构的动响应特性,总结得到Y形夹层板结构面板的7种变形模式,发现面板变形模式与爆距和与其相连芯层刚度的相对强弱有关,爆距较小时面板易发生局部隆起变形,爆距较大则易发生整体碟形变形或板格变形,芯层强、面板弱时面板易发生板格变形,面板强、芯层弱时则易发生整体碟形变形,迎爆面板和V形芯层的刚度较大时背爆面面板则发生整体碟形变形。总结了Y形芯层在舱内爆炸载荷作用下的3种典型变形情况,即V屈曲I失稳、V屈曲I不变、V不变I不变;探究了迎爆面面板厚度、V形芯层厚度和I形芯层厚度对Y形夹层板结构抗爆性能的影响,发现增加迎爆面面板厚度和I形芯层厚度都可以显著降低背板变形,但增加迎爆面面板厚度会使得结构总吸能降低,增加I形芯层厚度则结构总吸能基本不变,增加V形芯层厚度则V形芯层吸能急剧下降,背板最大变形先增加再减小,结构总吸能下降。     

反舰导弹战斗部的侵彻爆炸毁伤效应研究

反舰导弹半穿甲战斗部主要利用其侵彻能力和爆破能量对目标构成毁伤作用。通过对目标结构特性的分析,采用合适的材料模型对导弹不同入射角攻击不同厚度和加筋特征的结构板进行了多工况的预测,比较了大筋与小筋及其交叉处对弹道的影响程度;获得了弹体贯穿靶板的侵彻规律与撞击速度的关系。同时运用ALE算法和流固耦合方式,结合内爆热辐射和焊接对材料性能的影响,应用温度相关和应变率效应材料模型,对舰艇舱室内爆流场及毁伤效应进行了动态描述;数值计算了冲击波在舱室内的传播规律和反射特性,确定了舰艇结构在爆炸荷载下的响应特性和破坏机理。     

空中爆炸载荷下梯度波纹夹层板抗爆性能仿真研究

通过有限元软件Autodyn模拟了梯度波纹夹层板在空中爆炸载荷下的动态响应,分析了芯层排列顺序对其响应模式和抗爆性能的影响;在此基础上,选择抗爆性能最优的芯层组合填充聚氯乙烯泡沫,研究了填充方式对其抗爆性能的影响;分析了夹层结构的吸能特性。结果表明：芯层壁板厚度从迎爆面到背爆面逐渐减小的组合具有最优的抗爆性能,且只在第一层填充泡沫的梯度波纹夹层板的下面板变形最小;从迎爆面到背爆面单层填充时,聚氯乙烯泡沫的吸能不断下降;随着填充层数增加,下面板变形以及聚氯乙烯泡沫和下面板的吸能逐渐增大。     

基于AUTODYN的舱室内爆结构响应数值研究

通过建立全船有限元模型,运用AUTODYN多物质Euler-Godunov求解器和一维映射(Remap)算法计算了165 kg当量TNT在舱室内爆引起的整船结构响应,讨论了船体结构破口大小、毁伤区域及典型冲击环境特性。结果表明,利用AUTODYN计算舱室内爆结构响应具有可行性和可靠性,可为大型水面舰船舱室内爆数值计算方法研究提供参考。舰船舱室内爆中近爆点的冲击环境较为严苛,加速度响应幅值随离爆点的距离增大呈现指数型衰减特性。     

空爆载荷下双层梯形波纹夹层板抗爆性能分析

轻质金属夹层结构具有高比刚度和优良的能量吸收能力,其在舰船结构上有着潜在的应用前景。运用有限元软件Autodyn研究了空中近场爆炸载荷作用下固支双层梯形波纹夹层板的抗爆性能,分析了爆距和结构几何参数对变形/失效模式的影响。数值结果表明,双层梯形波纹夹层板面板的变形模式以局部大变形为主,部分有撕裂,芯层中心区域以塑性失稳为主,边界区域未出现失稳现象。随着爆距的增加,背面板塑性变形逐渐减小。若以下面板中心点的塑性变形值作为衡量抗爆性能的标准,则夹层板增加单位重量时影响其抗爆性能的结构几何参数的主次顺序为:上面板厚度、下面板厚度和芯层壁板厚度。     

全封闭舱内爆炸载荷作用下薄板变形研究

在内爆炸载荷作用下,舱室内部长时程准静态压力载荷会对结构极限变形产生重要影响,使得其结构响应与敞开环境空爆下的情况有较大区别。计算分析了方形薄板在内爆炸载荷作用下动态响应,基于薄板在冲击载荷作用下的变形规律,提出了用于评估结构在内爆炸载荷作用下极限变形的无量纲损伤数。该无量纲损伤数考虑了舱室体积、炸药能量、结构几何尺寸及屈服强度等因素对内爆炸载荷作用下结构变形响应特性的影响。薄板变形的分析结果表明,结构极限变形与板厚比和无量纲损伤数之间存在明显线性关系,可通过拟合获得舱内爆炸载荷作用下结构极限变形的快速预报经验公式。提出的无量纲损伤数考虑了板大变形响应过程中的中面膜力效应和板厚影响,更加适合于分析薄板在内爆炸载荷作用下的塑性大挠度变形值。     

爆炸载荷下蜂窝夹层复合结构吸能特性研究

蜂窝结构具有良好的吸能特性。将蜂窝结构作为夹层,研究复合靶板在爆炸载荷下的变形以及能量吸收特性。采用数值模拟方法对比分析了在相同爆炸载荷下蜂窝横向放置、纵向放置以及在这两种蜂窝内填充橡胶等四种不同夹层结构的复合靶板的变形以及吸能特性。结果发现:不同蜂窝夹层复合靶板变形以及吸能特性各不相同。蜂窝纵向放置时复合靶板各部分变形显著、吸能比例较为平均,而横向放置时复合靶板主要以面板的大变形来吸收能量。在蜂窝内填充橡胶会影响蜂窝以及复合靶板的吸能能力。填充橡胶的横向放置的蜂窝复合靶板吸能能力最好且具有较小的变形。     

陶瓷橡胶复合装甲防护性能影响因素研究

为研究倾角和复合靶板各层厚度变化对陶瓷橡胶复合靶板防护性能的影响,通过优化对比网格划分疏密程度,获得与实验较接近的仿真结果,在此基础上,对倾角或复合各层靶板厚度不同时聚能射流侵彻陶瓷复合靶板的过程进行数值模拟仿真研究。结果表明:随着倾角的增大,陶瓷橡胶复合靶板对聚能射流的扰偏作用越明显,射流剩余速度越低,偏转角越大,复合靶板的防护性能越强;当复合靶板各层厚在3~5 mm内变化时,利用正交试验的方法得到面板厚为5 mm、夹层厚为3mm和背板厚为5 mm,复合靶板的防护性能相对较强。     

多箱室结构内部爆炸损伤特性研究

运用数值仿真和模型试验验证相结合的方法,研究了多箱室结构在内部爆炸载荷作用下的损伤特性。在内爆作用下,箱体呈现出大挠曲变形、板中心冲切破口、箱体角隅处破坏、板边缘撕裂以及板近似直剪破坏等5种破坏模式。在箱室内爆模型试验中观测到的破坏模式与数值模拟的破坏模式吻合较好。根据量纲分析理论,提出了一个适用于内爆响应分析的无量纲数,并将无量纲数应用于内爆破坏模式的分析中,结合大量工况的数值模拟结果,得到了破坏模式的分布图和快速预测经验公式。     

鸟体撞击蜂窝夹层板的动力响应分析研究

用数值模拟方法研究了蜂窝夹层板在鸟撞速度为80 m/s和120 m/s冲击速度下的动态响应、能量吸收特性以及冲击能量耗散途径和规律。研究表明:金属蜂窝夹层板在80~120 m/s冲击速度下能够较好地吸收鸟体撞击产生的冲击能量;能量吸收的主要机制为夹芯的逐步压溃、撕裂,面板的弯曲和拉伸变形。对蜂窝夹层板能量吸收起主要作用的是上面板,例如:当鸟体以80 m/s的速度撞击蜂窝结构,上面板吸收的能量占蜂窝板吸收能量的60%.在质量不变的前提下,改进了冲击速度为120m/s的夹层板结构,改进后的模型比原模型有更好的吸能防护效果。     

热-力耦合下复合材料层合板壳的横向应力分析

基于一阶剪切变形理论基础上的横向应力分析的后处理方法,结合ANSYS软件的二次开发功能,建立了能够较准确分析热力耦合作用下复合材料层合、夹层板壳横向应力的计算平台。数值结果表明,该平台能够有效地预测热力耦合作用下复合材料层合、夹层板壳的应力分布。     

多层柱壳容器弹塑性动态结构响应和优化研究

在轴对称平面应变条件下,对多层柱壳的静态载荷弹塑性响应和单层柱壳的动态载荷弹性响应进行了理论分析和优化研究。在多层柱壳的静态载荷弹塑性响应中,建立了求解多层柱壳的静态载荷弹塑性响应,并对多层的静态载荷响应问题进行了初步的优化。对单层柱壳动态载荷的位移分布进行了理论求解,利用微分方程变换理论,得到了柱壳位移级数解。以此为基础,开展了多层柱壳容器结构响应行为的数值模拟,验证了理论计算结果,同时改变各层柱壳厚度和间隙,进行了优化分析,给出了较为合理的厚度和间隙尺寸。     

弹性基础正交异性矩形板弯曲问题的能量法求解

针对弹性基础上正交异性矩形板的弯曲问题,根据双三角挠度面函数假设和叠加原理,采用能量法求解了四边简支和四边固支时均布载荷作用下弹性基础板挠曲面函数,并进一步推广到一般边界条件和载荷条件下弹性基础各向异性板弯曲问题的求解。通过算例分析,求解了四边固支均布载荷作用下弹性基础正交异性板弯曲问题,并与有限元结果进行比较。结果表明,此方法计算精度较高,当级数项达到10～12时挠曲面函数收敛;对于四边固支板,增大边界尺寸和刚性系数会使边界效应的影响区域减小,中心区域的挠度近似为q0/k。     

爆炸冲击波作用下混凝土板的载荷等效方法

基于动力响应一致的原则,提出了将混凝土板所遭受的爆炸载荷等效为无升压时间的 三角形均布载荷的方法。采用量纲分析将混凝土板的最大动量及其达到时间作为等效参数,得到 了其在爆炸作用下的等效载荷超压峰值和持续时间与炸药当量和爆距之间的无量纲经验关系式。 通过对一定无量纲范围内不同工况计算结果的拟合,确定了经验表达式中的常数。最后,采用数值 方法对等效载荷和实际爆炸作用下混凝土板的动力响应数值分析结果进行比较,验证了该等效方 法的有效性。     

冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应特性

为提高舰船在冲击波和破片群联合作用下抗毁伤能力,提出一种新型高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构,旨在采用TNT炸药和预制破片的方式开展其在联合作用下毁伤响应的数值研究。基于有限元软件LS-DYNA,模拟结构在冲击波和破片群联合作用下的动态响应过程,与典型工况的实验结果对比验证数值模型的可靠性。在此基础上,分析特征点的速度与加速度响应以及能量吸收特性,获得结构的毁伤响应特征,进一步探讨面板厚度配置对结构失效模式和塑性变形的影响。结果表明：夹芯复合结构加速度时程曲线中破片和上面板中心点加速度均存在两个明显的峰值,分别是由于破片撞击强度较大的上面板和高强聚乙烯芯层所引起;上面板和泡沫铝在复合结构整体塑性耗散功中占主导;等质量条件下,上下面板等厚的配置在上面板对于破片的速度衰减能力减弱不大情况下,下面板具有足够强的抗弯能力,使得下面板塑性变形最小,具有最优的抗联合毁伤性能。     

叶片受不同软体外物撞击的瞬态响应分析

发动机叶片常遭受外物的撞击损伤,不同材料的外物撞击损伤存在着差别。采用弹性应力波的传播和基本流体动力学的原理分析超弹性软体和塑性软体外物撞击叶片时的撞击载荷模型。通过在LS-DYNA中就超弹性软体(以橡胶为例)和塑性软体(以明胶为例)外物对叶片的撞击过程进行数值仿真分析。结果表明:在相同的初始撞击能量、相同的撞击速度及相同的撞击入射角度下,橡胶撞击叶片时的撞击接触力幅值较大,但持续时间较明胶撞击时的要短,叶片中的等效应力水平比明胶撞击时的高,故更容易使叶片产生损伤;随着初始撞击速度的增加,橡胶发生碎裂,某些撞击特性与明胶的趋于相近。     

面基层间不同结合状态下发射场坪动态响应研究

为了得到面基层间不同结合状态下无依托发射场坪的动态响应,基于Cohesive单元的双线性内聚力本构,建立了层间结合数学模型,进一步建立了含层间效应的发射场坪数值模型;引入初始损伤变量并结合应变等价性假设,建立了层间不同结合状态数学模型;以含层间效应的发射场坪数值模型为基础,完成了面基层间不同结合状态下的发射场坪数值模型的建立,分析了发射筒底部处场坪面基层间界面的损伤分布与演化,研究了面基层间不同结合状态下发射场坪动态响应的变化。结果表明：当面基层间结合状态一定时,发射筒底部对地载荷作用边界处面基层间界面损伤最严重,且沿着载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤分布表现为先增加、后减小的规律;随着面基层间结合状态的变差,沿载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤演化表现为中间不变、两边减小的规律,场坪面层垂向位移和水平位移产生不同程度的变大,面层、基层层底中心最大应力均变小。为了得到面基层间不同结合状态下无依托发射场坪的动态响应,基于Cohesive单元的双线性内聚力本构,建立了层间结合数学模型,进一步建立了含层间效应的发射场坪数值模型;引入初始损伤变量并结合应变等价性假设,建立了层间不同结合状态数学模型;以含层间效应的发射场坪数值模型为基础,完成了面基层间不同结合状态下的发射场坪数值模型的建立,分析了发射筒底部处场坪面基层间界面的损伤分布与演化,研究了面基层间不同结合状态下发射场坪动态响应的变化。结果表明：当面基层间结合状态一定时,发射筒底部对地载荷作用边界处面基层间界面损伤最严重,且沿着载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤分布表现为先增加、后减小的规律;随着面基层间结合状态的变差,沿载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤演化表现为中间不变、两边减小的规律,场坪面层垂向位移和水平位移产生不同程度的变大,面层、基层层底中心最大应力均变小。     

聚脲-钢板夹层结构抗爆性能研究

摘要：聚脲弹性体具有良好的力学性能,喷涂于结构上能够提高其防护性能。为研究聚脲喷涂钢板结构靶板的 抗爆性能,运用数值计算与试验研究方法,对聚脲弹性体-钢板夹层结构进行多种工况下抗爆性能研究。主要分析靶 板的变形特点与吸能特性,并选用2 种不同的聚脲夹层靶板对数值计算结果进行验证。结果表明：靶板在抗爆过程 中,聚脲弹性体的存在不仅能吸收大量的能量,而且能抑制靶板发生大变形;为提高靶板抗爆能力,防止破片产生, 其面板与背板需要有较好的强度与刚度。     

爆炸波在硬-软-硬三明治介质中传播特性的数值分析

用非线性软件LS-DYNA对一维应变下不同组合多层介质中爆炸波传播进行了数值模拟,得出含泡沫材料软夹层的三明治介质的应力峰值较不含软夹层模型的应力峰值低约一个数量级,波的脉宽增加,传播波形发生明显的改变,幅值的衰减增加;求解获得了波在不同波阻抗层界面处的反射和透射曲线、硬软界面处的层裂破坏区域,以及不同层的吸能密度与比冲量随时间的演化特性.计算结果表明多层介质采用不同的组合方式和软夹层材料,改变了不同介质层中的载荷谱、动量和能量的分布.