泡沫铝填充结构救生舱热-压力耦合冲击性能研究

为提高救生舱的隔热和安全性,设计一种泡沫铝填充结构救生舱。采用Workbench仿真分析的方法研究原型救生舱和泡沫铝填充结构救生舱的隔热和抗热-压力耦合冲击性能。通过对比分析可知在相同的热-压力耦合冲击作用下,泡沫铝填充结构救生舱的温度和应力及变形分别减小51.88%,30.19%和20.72%。证明:泡沫铝填充结构救生舱具有更好的隔热和安全性,为新型结构的救生舱设计与制造提供新思路和新途径。     

基于碰撞安全性的泡沫铝填充矿用救生舱优化及性能分析

为提高矿用救生舱的碰撞安全性,设计一种泡沫铝填充矿用救生舱。利用ANSYS Workbench的参数优化模块,以舱体的加速度、变形及吸能大小为优化目标,对舱体的结构参数和泡沫铝的材料性能参数进行优化。对优化后的泡沫铝救生舱的碰撞安全性进行分析,结果表明泡沫铝救生舱在质量和最大等效应力均有所降低的前提下,泡沫铝救生舱碰撞时的最大变形和最大加速度得到显著降低并且舱体吸收的能量得到大幅提升,证明泡沫铝填充救生舱具有更佳的碰撞性能可以提高其安全性。     

连续爆炸冲击下负泊松比超材料防护结构性能研究

连续爆炸冲击现象在重大爆炸事故中经常出现,这对防护结构的性能提出更高要求。该研究对负泊松比超材料防护结构在连续爆炸冲击作用下的抗爆性能开展研究。首先,探讨了连续爆炸载荷的特点及作用方式。其次,采用数值仿真方法分析了海洋平台的负泊松比超材料防爆墙和负泊松比超材料双层横舱壁在连续爆炸冲击下的变形模式和应变分布,揭示了连续爆炸冲击下该类超材料结构的二次变形规律和毁伤机理。研究发现,內爆和外爆连续冲击载荷的作用方式并不相同,负泊松比超材料结构在连续外部及内部爆炸冲击时分别出现了局部坍塌挤压吸能、结构密实化整体弯曲等两种不同变形模式。研究结果可为防护结构连续抗爆设计提供参考。     

巷道内爆炸冲击作用下煤矿救生舱动态响应的数值分析

运用AUTODYN有限元软件,基于流-固耦合方法,分析了某型号圆柱形救生舱在巷道内的冲击响应规律。研究表明,冲击载荷峰值压力为2.14 MPa时,救生舱受前端面和尾端面冲击的最大等效应力均未达到强度极限,迎爆面中心点的最大位移也均未超过失效准则的要求,救生舱强度符合国家标准。当迎爆面换成平面结构时,在相同的爆炸冲击下,救生舱发生了强度失效和变形失效,这说明采用凸出结构的迎爆面可以增强救生舱的抗冲击性能,相关结论对救生舱的设计具有一定工程价值。     

负泊松比蜂窝空腔覆盖层水下爆炸抗冲性能研究

基于显示动力学有限元ABAQUS/Explicit建立了流固耦合计算模型。研究了具有负泊松比特性的橡胶蜂窝空腔覆盖层在水下非接触性爆炸作用下的抗冲特性,分析了覆盖层的动态响应并讨论了高度、胞元壁厚和扩张角度等结构参数对覆盖层抗冲击性能的影响。结果表明,负泊松比蜂窝覆盖层水下爆炸抗冲性能依赖于结构参数,随着高度增加、胞元壁厚的减小、扩展角绝对值的增大,覆盖层的抗冲性能得到有效提高。     

蜂窝结构力学超材料弹性及抗冲击性能的研究进展

具有手性蜂窝结构的力学超材料是近年来发展起来的高性能工程材料,它具有轻质、高比刚度、负泊松比、结构参数可调以及力学性能稳定等优点。其不仅可以实现面内变形,面外承载的双重力学作用,还具有出色的隔振、吸声降噪以及控制弹性波的传播等工程应用潜质,在智能结构、车辆船舶、航空航天等领域具有巨大的发展潜力。本文从其弹性和抗冲击两个力学性能方面进行综述。首先介绍并评述了近年来蜂窝结构力学超材料的面内杨氏模量、负泊松比特性以及面外剪切模量等弹性性能的理论分析研究进展。在抗冲击性能方面,从力学模型建立和有限元分析的角度出发,对手性蜂窝结构力学超材料在冲击载荷作用下的整体变形及其抗冲击性能的研究现状分别进行了评述。最后指出针对蜂窝结构力学超材料弹性及冲击性能的研究,可进一步建立内部韧带变形及力的传递力学模型以及深入探索冲击过程吸能机理等,以期为该类力学超材料内部韧带和节点环结构的优化设计提供参考。     

钢-泡沫铝-钢层合结构矿用溜槽减振降噪优化及其性能分析

针对矿用溜槽的振动及噪声剧烈、使用寿命低等问题,设计一种钢?泡沫铝?钢层合结构矿用溜槽。采用参数优化理论,结合 ANSYS Workbench 软件对其结构参数进行优化设计。分析了优化后的钢?泡沫铝?钢层合结构矿用溜槽的抗冲击性能、谐响应性能及声学性能。结果表明：钢?泡沫铝?钢层合结构矿用溜槽不仅质量降低 11.4%,而且最大冲击应力降低 15%、最大谐响应振幅降低 90% 以上,同时溜槽的降噪性能也得到显著提升。证明了钢?泡沫铝?钢层合结构矿用溜槽不仅能够减轻溜槽的质量而且具有优越的抗冲击和减振降噪性能。     

聚脲涂覆三维负泊松比点阵夹层结构在碰撞冲击作用下的动态响应试验

针对四面内凹金字塔型负泊松比点阵夹层结构在有无聚脲涂覆两种情况下的抗冲击力学性能进行了研究。采用增材制造方法制作负泊松比点阵结构,通过长直杆冲击试验得到负泊松比点阵夹层结构在碰撞载荷作用下的变形过程、吸能特性和破坏模式。试验结果表明:涂覆聚脲可使该型负泊松比点阵夹层结构提高17%以上的总吸能,增强结构的整体抗冲击能力,显著降低前面板的内凹变形,有效避免芯层大范围的坍塌破坏。相比于未涂覆聚脲模型,涂覆聚脲的负泊松比点阵夹层结构在受冲后保持完整,芯层仍具有承载能力,表现为塑性弯曲变形。     

负泊松比三明治结构填充泡沫混凝土的面内压缩性能

为改善负泊松比三明治结构的受压破坏模式且提高其缓冲吸能能力,提出一种填充泡沫混凝土的新型复合三明治结构。在负泊松比结构中填充不同密度(409 kg/m3、575 kg/m3、848 kg/m3、1 014 kg/m3)的泡沫混凝土得到负泊松比填充结构,并对无填充负泊松比结构、负泊松比填充结构和泡沫混凝土对照试块在准静态压缩下的破坏模式和吸能特性进行比较。根据荷载-位移关系和破坏模式得到以下结论:当填充物密度较小时,负泊松比填充结构能够将填充物的泊松比限制在较小的数值,胞元表现出内凹的变形模式,结构发生逐渐被压实的压缩破坏;当填充物密度较大时,结构发生“X”型剪切破坏,塑性铰区域和剪切带附近的胞壁发生断裂破坏;泡沫混凝土填充物的密度越大,填充结构的压实应变越小,吸收的能量越多,但当填充物密度超过一定值后,填充物密度的增加对负泊松比填充结构能量吸收能力的提升作用不再明显,结构的比吸能降低。      

综合考虑减振与抗冲击性能的复合基座设计方法

常规基座减振与抗冲击性能在设计中难以兼顾,为此提出了一种利用蜂窝构建负泊松比效应,采用组合结构型式,结合结构动力学优化设计技术的新型减振与抗冲击复合基座设计方法。以某舰用设备基座为例,采用数值方法,对新型复合基座减振与抗冲击机理进行研究。研究表明,常规面板、常规肘板和蜂窝腹板组合式复合基座减振抗冲击是利用了阻抗失配和蜂窝结构吸能两种效应。建立了以基座面板厚度、肘板厚度和腹板蜂窝胞元壁厚为设计变量,在单一减振指标约束和减振抗冲击双指标约束下的复合基座动力学优化设计模型。数值优化结果证明,采用新型负泊松比效应蜂窝腹板组合结构,利用减振及抗冲击双指标约束下的动力学优化设计模型,可设计出减振与抗冲击能力俱佳的复合基座。     

橡胶蜂窝覆盖层水下爆炸响应及抗冲击性能

为了进行橡胶材料手性蜂窝覆盖层的水下非接触性爆炸动响应、抗冲击性能及机理研究;利用Abaqus中的不同超弹性本构模型对材料试验数据进行拟合,在此基础上选择合适的本构模型,然后分析其响应特点,研究主要设计参数包括高度和镂空率对抗冲击性能的影响。研究结果对该覆盖层的水下爆炸抗冲击防护机理和性能认识有一定指导作用,为结构的进一步优化设计提供参考。     

船用新型多层负刚度冲击隔离器性能分析

提出一种由多层负刚度余弦形曲梁连接构成的新型高性能舰船设备冲击防护装置,其抗冲击机理是基于两端刚性固定余弦形曲梁横向压载下的非线性力学特性。给出了余弦形曲梁横向压载下力-位移关系解析表达式。建立了针对余弦形曲梁几何参数的优化模型,对最优解进行有限元分析并与解析解进行了比较。建立多层双余弦梁负刚度结构与船体板架的有限元模型,利用显式瞬态分析方法对该系统在三折线冲击谱冲击载荷下的响应进行了分析,探讨层数及安装方式对装置抗冲性能的影响。结果表明:所提出的冲击隔离装置性能优良;随着负刚度梁层数的增多,抗冲击性能增强;层数相同时,将一定长度的该结构分离为两部分安装,抗冲击性能更佳。该研究成果可指导负刚度抗冲击结构的设计,具有实际意义。     

低频簧片仪冲击特性与破坏规律分析

低频簧片仪是低频段冲击谱测量的主要装置,其结构为一组具有不同固有频率的集中质量悬臂梁。舰艇受到爆炸冲击时,集中质量悬臂梁易发生塑性变形或断裂,直接影响测量结果。为分析集中质量悬臂梁抗冲击能力,利用模态叠加法建立集中质量悬臂梁在冲击载荷作用下理论模型,分析集中质量悬臂梁在冲击载荷作用下动态响应及破坏规律。研究结果表明:集中质量悬臂梁固有频率越高,应力峰值越大,越容易发生塑性变形或断裂;对于集中质量悬臂梁,冲击载荷破坏能力仅与极限谱位移有关,极限谱位移越大,其破坏能力越大;负波延迟对集中质量悬臂梁的破坏能力具有一定影响,可在常规抗冲击设计中通过增大极限谱位移考虑此影响。     

负泊松比超材料和结构

负泊松比超材料和结构具有优异的抗剪切性能、抗冲击性能、抗断裂性能、吸能隔振、渗透率可变性能、曲面同向性等力学性能,在航空航天、航海、机械自动化、生物医疗、国防军事、纺织工业等领域具有广泛的应用前景.本文从负泊松比超材料和结构的变形机理出发,综述了内凹结构、旋转刚体结构、手性/反手性结构、纤维/节点结构、折纸结构、褶皱结构、弯曲-诱导结构、螺旋纱线结构等物理模型,这些模型具有广泛的适用性,可运用于轻质夹层板、流体输送、纱线等工程应用,有利于改善结构的使用性能.最后,本文对负泊松比超材料和结构未来的挑战和在航空航天、军事等领域的应用进行了展望,指出利用负泊松比逆转了正泊松比对单轴应力引起的体积和面积变化的补偿效应可有效改善发动机叶片、深空天线以及汽车吸能盒等关键构件的抗冲击性能等,以期为负泊松比超材料和结构的推广应用提供参考.     

负泊松比声学超材料基座的减振性能研究

引入周期结构声学超材料,设计了一种负泊松比声学超材料基座实现低频段减振目标。首先,在保证一定的减振性能条件下,优化设计负泊松比蜂窝基座结构并试验验证该基座的减振效果;然后,在蜂窝单胞中填充声子晶体周期结构构造声学超材料新型基座,并采用优化设计方法最大化该基座低频段减振性能;最后,对优化设计的新型基座进行动力学频响计算,分析了其减振带隙特性;计算了静载条件下新型基座的承载能力。优化结果表明,负泊松比声学超材料基座具有较好的低频减振性能和承载能力。     

利用浮动冲击平台考核舰用设备抗冲击能力的数值仿真研究

大质量舰用设备一般利用浮动冲击平台进行抗冲击能力评估,但试验过程复杂,费时、费力且花费较多。近些年随着非线性有限元技术的发展,利用有限元法对浮动冲击平台试验仿真考核舰用设备抗冲击性能成为可能。针对浮动冲击平台上舰用设备抗冲击能力进行研究,利用有限元软件ABAQUS进行水下爆炸分析,考虑流固耦合效应,研究浮动冲击平台上的安装设备在不同爆炸距离和不同炸药深度下的冲击响应,为舰用设备特别是大质量设备的抗冲击能力的评估和大型浮动冲击平台的设计提供参考。     

船舶浮筏隔振系统冲击响应的时域计算

舰艇特别是潜艇在战斗条件下的主要威胁来自水中非接触性爆炸,选用抗冲击性能好的设备和对设备采取冲击防护措施可以保证艇上设备的安全性,即这些措施可以限制冲击作用时设备与基座之间的最大相对位移以及设备的最大加速度,使用隔振装置就是一种较好的冲击防护措施.因此在隔振装置的设计阶段必须对其抗冲击性能进行校核,从而保证隔振装置的抗冲击性能.各种有限元分析软件例如MSC.NASTRAN软件可以应用于隔振装置的抗冲击性能校核.应用MSC.NASTRAN软件及其前后处理模块MSC.PATRAN对旅游船上柴油发电机组浮筏隔振装置进行有限元建模和分析,首先对筏体和浮筏隔振系统模型进行理论模态分析和计算,且计算结果和试验结果吻合较好;接着对浮筏隔振系统模型进行瞬态响应分析,从而考核该装置的抗冲击能力.以旅游船浮筏隔振装置为分析对象的目的在于探讨舰艇浮筏隔振装置抗冲击性能校核的时域计算方法,分析计算方法可用于舰艇隔振抗冲装置抗冲击性能的分析计算.     

井下救生舱抵抗爆炸冲击的数值模拟

对救生舱抵抗瓦斯爆炸冲击的能力进行分析,为其结构设计及改进提供理论指导意见。应用非线性显式有限元算法对瞬间冲击的响应进行模拟,得出冲击过程中的应力、应变变化规律和最终变形情况。得出变形量和压力峰值并非线性关系,而是随峰值升高变形量急剧增大;舱体受到0.5MPa峰值冲击波作用时发生弹性变形,大于1.0MPa峰值时产生塑性变形;冲击卸载后,由于惯性作用变形会有所滞后,随后有一定量的回弹。可将舱头优化为向外凸的结构,以减少局部过度变形造成的破坏。     

舰载电子设备抗冲击设计概要

舰载电子设备是舰船信息化建设的基础,在实际工作环境中,不可避免地会受到水下爆炸冲击作用,如果结构设计不当,将使其受到损害以至失效。从舰船冲击环境和电子设备的抗冲击要求出发,概要性地提出舰载电子设备抗冲击设计的基本原则,指出在电子机柜设计、冲击下工程材料的动态特性及采用隔振器进行抗冲击防护设计三方面的要点,并对采用冲击试验机对舰载电子设备抗冲击能力进行考核时冲击试验机的选择和相关冲击标准进行介绍。     

舰船设备抗冲击能力的可靠性分析

在进行舰船设备系统抗冲击设计及优化分析中,必须要确定舰船设备的抗冲击能力值,而影响设备冲击响应的多种随机因素使设备抗冲击能力具有随机性。本文提出了考虑各种随机因素影响的设备抗冲击能力可靠性的定义和分析方法,结合神经网络建立了设备冲击响应预测模型,在数值冲击试验基础上,结合Monte Carlo法分析了典型舰船设备抗冲击能力的统计特征。分析方法和结果可为今后舰船设备及系统的抗冲击性能分析、舰船系统抗冲击性能评估提供参考。