抗冲击性能要求下一种新型夹心板的设计研究

防护板在舰船上的应用非常广泛,它对于提高舰船抵抗水下爆炸冲击波载荷性能、抗碰撞冲击性能等都具有重要作用.文中利用薄壁圆管的吸能特性设计了离散型和紧密型圆管夹心板,使用大型非线性有限元软件MSC.Dytran建立水域、炸药及防护板的三维有限元模型,并进行水下爆炸数值仿真计算,从板的吸能能力、加速度响应、变形量三个方面分析了两种夹心板和普通平板在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能,仿真计算结果表明离散型夹心板的抗爆性能优于紧密型夹心板和普通平板.     

水下爆炸冲击平台数值仿真设计研究

为研制水下爆炸冲击平台,初步设计平台隔振系统和两种船体结构,运用有限元分析软件ABAQUS,对安装隔振系统前后平台在爆炸载荷作用下的冲击响应进行计算分析,预估平台抗冲隔振效果。采用声固耦合方法,考虑空化效应和材料应变率的影响。仿真结果表明,在水下爆炸载荷作用下,采用加强的船体结构,平台船体底部的塑性变形显著减小,平台的垂向加速度峰值衰减率超过95%。经海上爆炸试验验证,数值仿真结果与试验值吻合良好,仿真设计方法合理。     

爆炸载荷下薄板异常动力响应模式及载荷特征影响研究

薄板在爆炸冲击载荷作用下的动力行为复杂,具有大变形、瞬时性、高度非线性等特点.当冲击波冲量较小时,薄板容易发生异常动力响应.然而,爆炸冲击波特征对薄板异常动力响应的影响尚不明晰.为此,本文采用经实验数据验证的自主开发爆炸载荷模型,首先成功地模拟了方形薄板的反直观异常动力响应;然后通过数值仿真研究了冲击波负压描述方法、正...     

基于数值仿真船体结构毁伤测点布设方法研究

为有效测量水下爆炸作用下船体结构的毁伤程度,优化测点布设,建立了典型舰船有限元模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS提供的声固耦合方法,对船体结构在爆炸载荷作用下的冲击响应进行仿真。依据数值仿真结果,分析船体结构薄弱环节,并将这些薄弱环节作为重点测量部位,结合工程实践和海上试验经验,在准确测量结构毁伤的基础上,合理布设传感器测点,研究设计了水下爆炸作用下船体结构毁伤测点布设方法。经海上爆炸试验验证,数值仿真结果与试验测试结果吻合良好,该毁伤测点布设方法设计合理。     

水下爆炸冲击载荷作用下舵的动态特性

利用Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE)有限元方法求解爆炸冲击过程中的流固耦合问题:采用ALE算法描述流体和炸药模型,采用Lagrangain方法描述舵结构模型,不同介质间的界面采用接触罚函数耦合算法。应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA仿真模拟舵遭受TNT炸药爆炸冲击作用的全过程,得到舵的应力云图、位移云图,典型位置压力时间历程,加速度时间曲线等冲击响应。计算结果表明:利用A L E方法可以预估舵在水下爆炸冲击载荷作用下的损伤情况,为舵的抗冲击设计提供依据。     

粘弹性沥青路面车辆动力响应仿真分析研究

不同载重车体对粘弹性沥青路面的应力反映波动性极为复杂,路面的响应规律,车辆的车速、负载等瞬态信息很难与应力反应建立稳定的规范模型.传统方法将移动的车辆荷载假定为作用在固定位置的静载荷;采用线弹性材料模型来仿真实际沥青路面材料;与实际的路面受力状况有所差别,造成结果失真.为解决上述问题,提出一种粘弹沥青性路面的三维瞬态有限元分析模型;计算行车荷载作用下路面动力响应规律,比较车速变化,载荷变化,不同载荷作用位置以及不同深度对动力响应的影响.实验结果表明:模型可以很好得到应力响应,在应力响应有明显的波动性的情况下;准确计算载荷横向作用位置对动力响应的影响,与真实结果比较吻合.     

水下结构的抗冲击性能研究

提高水下结构在受到爆炸冲击后的抗冲性的一个重要方法是采用性能优良的抗冲击材料.为了研究橡胶元件对水下结构的抗冲击性能的影响,利用ANSYS有限元分析软件,建立带有橡胶元件的钢板与不带有橡胶元件的钢板的流固耦合有限元模型,以经验公式得到的冲击波激励为输入,通过有限元仿真得到的钢板的响应的对比结果来说明,橡胶元件可以有效地提高水下结构的抗冲击性能.     

圆柱壳在水下爆炸载荷作用下的动力仿真分析

圆柱壳是船舶、潜艇和海洋工程结构物的重要组成部分,研究其在水下爆炸载荷作用下的响应对提高结构物的使用周期有着重要的作用.利用LS-DYNA动力有限元程序对张效慈等人做的深水爆炸水动压力场对潜体结构的动态响应试验进行数值模拟.分析了不同材料圆柱壳和不同参数复合材料圆柱壳在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性.计算结果表明,复合材料比钢、铜、铝合金金属材料的抗冲击性好,弹性模量小的复合材料的抗冲击性好.方法可以简单快速的计算圆柱壳的抗冲击性,为舰船的设计提供参考.     

水下爆炸作用下轻型鱼雷冲击响应数值仿真

轻型鱼雷受水下爆炸作用的冲击响应对鱼雷设计具有重要意义;利用ABAQUS软件验证了材料动态失效对圆桶结构水下爆炸数值仿真的影响,并对美制MK44型鱼雷受深水炸弹攻击下的冲击响应进行仿真计算,给出了两种失效准则下的安全距离和破坏模式;结果表明,考虑材料动态失效时应使用水为主耦合面的公式进行计算,结构变形响应取决于加筋方式;研究可为可对轻型鱼雷的设计和考核提供参考。     

水下非接触爆炸作用下的船体结构响应分析

当遭受水下非接触爆炸载荷作用时,船体结构的响应规律十分复杂.用Abaqus对某船在一些水下非接触工况进行数值模拟.结果表明,船舶整体结构在非接触爆炸载荷作用下的响应规律与船体的垂向、纵向距离以及结构形式有关.     

箱形梁结构船体水下非接触爆炸冲击环境分析

为研究箱形梁结构船体在水下非接触爆炸作用下的冲击环境,在船体中部范围内主要受力部位设置箱形梁,并与考虑箱形梁产生的质量变化而建立的等重船模进行对比,来描述箱形梁结构对冲击环境的影响.基于Abaqus中的声固耦合算法求解2种形式船体的冲击响应,以冲击谱为工具描述船体结构的冲击环境,并给出舱内甲板层的冲击环境分布.分析归纳箱形梁的作用机理,为相关舰船设备的舾装与船体优化设计提供参考.     

Dynamic response of a torsional micromirror to electrostatic force and mechanical shock

In this paper dynamic characteristics of a capacitive torsional micromirror under electrostatic forces and mechanical shocks have been investigated. A 2DOF model considering the torsion and bending stiffness of the micromirror structure has been presented. A set of nonlinear equations have been derived and solved by Runge–Kutta method. The Static pull-in voltage has been calculated by frequency analyzing method, and the dynamic pull-in voltage of the micromirror imposed to a step DC voltage has been derived for different damping ratios. It has been shown that by increasing the damping ratio the dynamic pull-in voltage converges to static one. The effects of linear and torsional shock forces on the mechanical behavior of the electrostatically deflected and undeflected micromirror have been studied. The results have shown that the combined effect of a shock load and an electrostatic actuation makes the instability threshold much lower than the threshold predicted, considering the effect of shock force or electrostatic actuation alone. It has been shown that the torsional shock force has negligible influence on dynamic response of the micromirror in comparison with the linear one. The results have been calculated for linear shocks with different durations, amplitudes, and input times.     

水下低功耗变频数据采集系统的设计

介绍了水下爆炸;中击波的概念特征和气泡脉动理论,根据此特征确定了水下冲击波超压测试系统的测试原理、采样参数等。系统将压力传感器、适配电路、A／D转换器、触发控制电路、通讯接口及电池紧凑封装在密闭、防水、坚固的钢壳内,构成一种可相对独立工作的便携式水下冲击波超压测试仪。该系统具有小体积、微功耗、采样频率高等特点,具有抗干扰性强和无需电缆引线的优点,特别适宜于大范围多测点的试验场合。     

Three-dimensional Visual Mapping of Underwater Ship Hull Surface Using Piecewise-planar SLAM

In-water visual ship hull inspection using unmanned underwater vehicles needs to be performed at very close range to the target surface because of the visibility limitations in underwater environments mainly due to light attenuation, scattering, and water turbidity. These environmental challenges result in ineffective photometric and geometric information in hull surface images and, therefore, the performance of conventional three-dimensional (3D) reconstruction techniques is often unsatisfactory. This paper addresses a visual mapping method for 3D reconstruction of underwater ship hull surface using a monocular camera as a primary mapping sensor. The main idea of the proposed approach is to model the moderately curved hull surface as a combination of piecewise-planar panels, and to generate a global map by aligning the local images in a two-dimensional reference frame and correcting them appropriately to reflect the information of perspective projections of the 3D panels. The estimated 3D panels associated with the local images are used to extract the loop-closure relative measurements in the framework of simultaneous localization and mapping (SLAM) for precise camera trajectory estimation and 3D reconstruction results. The validity and practical feasibility of the proposed method are demonstrated using a dataset obtained in a field experiment with a full-scale ship in a real sea environment.

     

改进的频域辨识方法及其在直升机建模中的应用

本文提出了一种改进的直升机状态空间模型的频域系统辨识方法.该方法根据飞行扫频数据,得到包含直升机动力学模型耦合特性的非参数频率响应.将模式识别中的K平均理论应用到搜索状态空间模型代价函数的最小值中,根据机理建模结果拟合频率响应得到线性的六自由度直升机状态空间模型中的待辨参数.频率响应的计算中应用了一种复合窗函数方法,该方法综合不同窗口长度的频率响应得到一组优化的结果,显著增加了动力学模型频带和频率响应的精度.比较辨识得到的模型和飞行试验数据响应结果表明,辨识得到的模型较好地反映了该型无人直升机在悬停状态下的动力学特性.     

船体遥控清污器方案研究

为了延长船舶的使用寿命,保证船舶航行的安全和高效,开展船舶水下清污作业的研究,提高水下清污作业的效率和自动化水平具有重要意义。本文介绍了一种新型的用于船体表面清污作业的水下船体遥控清污器的总体技术方案和工作原理,并提出了机械本体、控制系统和清刷作业装置三部分的设计方案分析。该船体遥控清污器具有操作简单,清污效率高等优点。     

Development of ICPF Actuated Underwater Microrobots

It is our target to develop underwater microrobots for medical and industrial applications. This kind of underwater microrobots should have the characteristics of flexibility,good response and safety. Its structure should be simple and it can be driven by low voltage and produces no pollution or noise. The low actuating voltage and quick bending responses of Ionic Conducting Polymer Film (ICPF) are considered very useful and attractive for constructing various types of actuators and sensors. In this paper, we will first study the characteristics of the ICPF actuator used in underwater microrobot to realize swimming and walking. Then, we propose a new prototype model of underwater swimming microrobot utilizing only one piece of ICPF as the servo actuator. Through theoretic analysis, the motion mechanism of the microrobot is illustrated. It can swim forward and vertically. The relationships between moving speed and signal voltage amplitude and signal frequency is obtained after experimental study. Lastly, we present a novel underwater crab-like walking microrobot named crabliker-1.It has eight legs, and each leg is made up of two pieces of ICPF. Three sample processes of the octopod gait are proposed with a new analyzing method. The experimental results indicate that the crab-like underwater microrobot can perform transverse and rotation movement when the legs of the crab collaborate.