金属加筋板局部爆炸冲击荷载研究

运用非线性动力有限元软件LS-DYNA对近距离局部爆炸冲击金属加筋板进行了三维数值模拟，并主要分析了加筋板的局部爆炸冲击荷载。首先基于文献试验，验证了数值模拟技术的合理性；进而分析了爆炸冲击荷载的主要影响因素，结果表明：爆炸冲击荷载随加筋板等效刚度的增加而增大，而加筋形式和板的开裂对冲量荷载的影响不大，可以忽略。最后依据数值模拟结果，提出了金属加筋板的近距离局部爆炸冲量荷载模型。     

水下爆炸载荷作用下加筋板变形及开裂试验研究

为了解加筋板结构在水下爆炸载荷作用下的变形模式,以及为数值仿真计算提供材料的开裂判据,通过试验研究,给出了加筋板的两种不同塑性变形模式.通过测量试验后加筋板裂纹的减薄率,利用体积等效原理确定了Q235钢在加筋板边界拉伸撕裂破坏模式中的开裂极限应变值,为结构在爆炸冲击作用下破损的数值仿真奠定了基础.     

静水压对加筋圆柱壳受水下爆炸冲击载荷作用的影响

应用有限元法，分析静水压对受水下爆炸载荷时的加筋圆柱壳体的变形及破坏模式的影响。通过对壳体结构及外部水域进行建模，并考虑流固耦合及空泡因素，模拟出结构受水下爆炸载荷及静水压力联合作用下的响应。通过比较有和没有外部压力时，不同冲击波下结构的破坏形式，得出外部水压对耐压结构受爆炸载荷时响应的影响。     

爆炸载荷作用下双向加筋方板的大挠度塑性动力响应

从分别列出加筋板面板以及加强筋的运动方程出发,分析了爆炸载荷作用下双向加筋固支方板的大挠度塑性动力响应。分析表明:取决于加强筋的相对刚度以及爆炸载荷峰值的大小,加筋板的运动将呈现3种不同的模式。该文限于讨论加筋板的总体变形模式,具体讨论了十字加筋以及双十字加筋固支方板在忽略弯矩影响下的薄膜解法。理论结果与已有的试验结果在多数情况下符合良好,表明该文提出的简化理论分析方法能对爆炸载荷下双向加筋方板的永久变形做出较为合理的预报。     

钢筋混凝土梁在低速冲击下的变形与破坏研究

通过分析钢筋混凝土梁在低速冲击下的应力状态和变形破坏多阶段的性状,建立了冲击体与梁局部与整体相互作用的刚性离散模型,推导了钢筋混凝土梁各构件在不同阶段的变形刚度,利用拉格朗日方程导出了弹性与塑性阶段的运动方程。分析表明：在低速冲击荷载作用下梁的变形与其动力特性、冲击体与梁的质量比Ms/Mb,冲击速度V0、冲击时间和冲击体形状密切相关。在足够宽的Ms/Mb、V0的变化范围内,钢筋混凝土梁呈现出一致的状态特性。     

爆炸荷载作用下复合材料加筋板的动力响应

为了减轻抗爆结构质量,采用玻璃纤维增强聚合物基复合材料（SMC）与碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）预浸料,通过数值模拟和等效计算理论,对传统加筋抗爆板结构进行轻质高强设计。利用LS-DYNA有限元数值模拟软件进行分析,发现在爆炸荷载作用下加筋板的运动以弹性运动为主,该种复合材料具有较好的抗爆性能。对复合材料加筋板结构进行参数化分析,发现在爆炸荷载作用下横筋对加筋板结构最大位移值影响最大,纵筋和面板对加筋板的影响依次减小。结合刚度折算方法,建立了爆炸荷载作用下正交异性加筋板结构动力响应分析理论。利用该理论计算得到板结构在爆炸荷载作用下的最大位移,与数值模拟对比发现两者结果较为接近,为加筋抗爆板的设计提供了一种简化有效的计算方法。     

水下爆炸载荷下圆管型加筋缓冲防护性能研究

为提高双层圆柱壳结构在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性能,基于双层圆柱壳结构的特殊性,提出适用于双层圆柱壳的圆管型舷间加筋结构,即采用圆管来代替传统的T型加筋。首先开展带圆管型和T型加筋的双层圆柱壳远场水下爆炸试验,同时运用数值仿真方法分析圆管型加筋的抗冲击性能,试验和数值仿真结果吻合良好。结果表明：相对于T型加筋,圆管型加筋在水下爆炸作用下表现出不同的变形模式,即圆管的逐渐扁化;带圆管型加筋的双层圆柱壳结构加速度冲击响应峰值降幅达到40 %以上;圆管型加筋能够通过自身的变形在水下爆炸过程中吸收更多冲击能,同时使轻外壳和耐压壳的内能有所降低。因此,圆管型加筋比传统T型加筋具有更优的缓冲效果,可用于双层圆柱壳结构的缓冲和防护设计。     

基于ARX模型的复合材料加筋板结构冲击载荷时程重建

发展一种基于ARX模型的冲击载荷时程重建方法,用于识别作用在复合材料结构上的冲击载荷时间历程,为复杂结构冲击载荷识别问题的解决提供有效途径。建立复合材料加筋板结构冲击载荷实验,首先对完成网格划分的复合材料加筋板结构进行冲击载荷训练,实现系统辨识,得到结构的ARX模型;然后推导逆向ARX模型的输入输出关系,通过逆向传递函数矩阵集合描述复合材料加筋板结构,结合等参单元理论,基于传感器信号重建复合材料加筋板结构的冲击载荷时间历程。研究结果表明,所提方法能够在线有效地重建作用在复合材料加筋板结构上的冲击载荷时间历程。     

偏心加筋板大变形梁板单元

给出了偏心加筋板大变形分析的理论公式和相应的梁板单元模型,在肋骨和板的运动中引用ＶｏｎＫａｒｍａｎ变形方程;按照Ｍｉｎｄｌｉｎ板理论计及横向剪切变形的影响;对横向剪应变和薄膜应变重新插值修正克服Ｍｉｎｄｌｉｎ型单元在薄板应用时的“锁定”行为,此模型可适合于薄板和厚板的非线性分析。     

水下爆炸载荷作用下加筋圆柱壳的响应分析

运用MSC．DYTRAN软件，首先比较了网格划分密度的改变，耦合法的选取及边界条件对计算的影响。并在合理的网格划分和耦合方法选用的基础上，设置符合实际的边界条件，在壳体的迎爆面，侧爆面和背爆面各选取一个点，在分析光壳的响应的基础上，详细计算了加筋圆柱壳对水下爆炸冲击波的响应。比较分析了不同的尺寸参数对结构抗爆性能的影响，并做了综合讨论，计算中考虑了材料的应变率强化效应。在此基础上验证了增加壳体厚度，减小加筋间距和增加加筋高度等有利于提高加筋圆柱壳抗爆性能的方法，同时得到了一个适合本例计算的较优化模型。     

水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形中的作用

水下爆炸产生的冲击波载荷和气泡载荷都会对水中结构产生毁伤作用。为研究水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形挠度中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus/Explicit对加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了一系列数值仿真。载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型,将部分计算工况与试验结果比较,两者吻合较好。通过分析计算结果可以看出在气泡载荷在加筋板塑性变形中的比重主要受爆距影响,爆距越小,所起的作用越大。所以,在水下近场爆炸计算中,气泡载荷引起的塑性变形不容忽视。     

Genetic optimization of stiffened plates and shells

This work gives two examples of application of stochastic techniques for the optimization of stiffened plates or shells. The research strategy consists in substituting, for finite‐element calculations in the optimization process, an approximate response of a neural network, or an approximate response from the Ritz method. More precisely, the paper describes the use of a backpropagation neural network or the Ritz method in creating function approximations for use in computationally intensive design optimization based on genetic algorithms. Two examples of applications are presented; the first one deals with the optimization of stiffeners on a plate by varying their positions, while having well‐defined dimensions; the second example deals with the optimization of a thin shell subject to buckling. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

Deformation and tearing of blast-loaded stiffened square plates

Experimental and numerical results for fully built-in stiffened square plates subjected to blast pressure loading are presented. The strain rate-sensitive plates exhibit mode I (large ductile deformation) and mode II (tensile tearing) failure as the load intensity increases. The numerical analysis is carried out using a finite element formulation which incorporates non-linear geometry and material effects as well as strain rate sensitivity. Mode I is predicted well for both maximum deflection and deformation shape. Initiation of mode II failure is predicted by a maximum strain criterion, but the limited mode II data is insufficient for conformation.     

Genetic optimization of stiffened plates without the FE mesh support

This paper deals with the optimization of beam stiffeners on plates by varying their positions in order to minimize the maximum deflection of the plate. Genetic algorithms are used. The research strategy consists in substituting, for finite element calculations in the optimization process, an approximate response of a neural network, or an approximate response from a Ritz method. This paper shows how it is possible to deal with more important problems and to envisage more general baseline design for stiffened plates by adding the orientation angle of each stiffener as a design variable. This paper also shows how one can free oneself from the FE mesh, i.e. how one no longer needs the support of the mesh for the stiffeners. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

具有初始几何缺陷加劲板的动态屈曲

针对工程中常用的加劲板,研究了动态屈曲的求解方法。将加劲板分为母板与加劲肋两个部分考虑,其中母板按经典薄板理论计算,加劲肋视为Euler梁。假定加劲板的位移,利用Hamilton原理结合系统能量和振型叠加法建立了加劲板的动态屈曲特征方程。最后,选择四边简支加劲板进行数值分析,分析中考虑初始几何缺陷的影响,并讨论了初始几何缺陷、加劲肋的数量及其刚度的变化对动态屈曲临界荷载的影响。结果表明：一阶模态的初始几何缺陷对加劲板的临界荷载影响很大,而增加加劲肋的数量及其刚度可以提高加劲板的抗动态屈曲能力。研究结果也为加劲板的结构设计方法提供一定的参考。     

简谐激励下复合材料加筋板的基体微裂纹损伤演化

研究了在简谐激励作用下复合材料加筋板基体微裂纹损伤的演化行为及其对加筋板动力特性的影响。基于平均微裂纹密度和断裂力学方法, 建立了复合材料加筋板基体微裂纹演化的刚度退化准则。由于该准则考虑了载荷作用周期数的影响, 从而能够更合理地分析周期性动载荷作用下基体微裂纹损伤演化规律。采用Mindlin一阶剪切理论和复合材料模态阻尼模型, 建立了复合材料加筋板动力分析的有限元方法, 研究了在简谐激励作用下, 含分层损伤复合材料加筋板振动过程中诱发的基体微裂纹损伤的演化、 刚度退化, 频率折减和动力响应。      

受静压力作用加筋板隔声性能研究

基于随机平面波声源建立混响声源激励的加筋板隔声计算模型,通过对试验模型数值计算,二者结果基本吻合;计算存在静压力时加筋板隔声特性表明,存在静压力时加筋板基频移动会致低频隔声量显著增加,压力增加到一定程度时隔声量基本不再增加;此刻为存在预应力的实际结构物隔声量计算提供参考。     

非热压罐工艺模具对复合材料加筋壁板固化变形影响的有限元分析

通过真空袋成型工艺,利用CYCOM 5320-1材料体系制备了碳纤维/树脂基复合材料T型加筋壁板,并应用激光跟踪仪测量了其固化变形量。针对考虑模具影响和不考虑模具影响两种情况,利用有限元方法模拟了该加筋壁板固化过程。结果表明：数值模拟固化变形趋势和实验结果趋势相同,在宽度方向上吻合较好。考虑模具因素比未考虑模具因素的模拟结果更接近真实变形值,这是由于复合材料在达到树脂凝胶点之前,模具受热挤压模腔,导致构件产生永久性变形造成的。     

空中近距爆炸下加筋板架的毁伤模式仿真研究

为研究导弹战斗部近距爆炸下舰船舷侧板架结构的毁伤模式及其转化规律,通过有限元模拟,研究了柱状炸药在矩形加筋板架中心正上方爆炸时加筋板架的毁伤模式及不同毁伤模式之间转化的临界爆距,分析了比例距离r和损伤因子Df对毁伤模式的影响,得到了关于D0f.5和r的毁伤模式判别图,提出了不同毁伤模式的判别方法,给出了预测不同毁伤模式之间转化的临界爆距的计算公式。结果表明,对于给定的药量和板架结构,若(rD0f.5)>0.023 3 m/kg1/3,则随爆距的减小,加筋板架依次经历模式Ⅰ(仅出现塑性大变形)、模式Ⅱ(长边中间出现拉伸撕裂)和模式Ⅲ(中央出现破口)这3种毁伤模式;若(rD0f.5)0.023 3 m/kg1/3,则随爆距的减小,加筋板架仅依次经历模式Ⅰ和模式Ⅲ。