一种新型手性周期结构覆盖层抗冲击性能研究

通过在传统手性周期结构中的空心圆柱内添加芯体,得到一种新型手性周期结构形式。采用SHPB试验研究其抗冲击性能,得到以下结论:广义SHPB试验技术能够评估不同手性周期结构的抗冲击性能;在不同工况相同的初始条件下,覆盖层的透射系数有较大差别;新型手性周期结构抗冲击性能相较传统结构并没有提高,需要进一步进行优化设计。     

超弹性夹芯覆盖层抗冲击性能分析及实验研究

对超弹性橡胶夹芯覆盖层抗冲击性能进行了分析。从夹芯覆盖层取一个单胞,对其在中低速冲击下波的传播,冲击能量的缓冲进行了深入研究,进一步明确了超弹性橡胶夹芯覆盖层抗冲击机理。建立了有限元计算模型,试验与仿真结果一致表明,初始缺陷是影响芯层动力学响应的一个重要因素,惯性效应是导致超弹性橡胶夹芯覆盖层平台应力大幅度上升的主要原因,夹芯覆盖层抗屈曲性能能够提升结构对冲击载荷的缓冲作用。     

声学覆盖层对潜艇抗水下爆炸能力的影响研究

为提高潜艇的隐身性能,潜艇壳体表面常敷设声学覆盖层结构.声学覆盖层常设有各类空腔等特殊结构形式,在受到水下爆炸冲击波时,空腔很容易产生变形并吸收能量,对潜艇的抗冲击性能产生影响.采用复合板单元的等效方法,针对敷设声学覆盖层的潜艇的抗冲击性能进行研究,得到了声学覆盖层对潜艇破坏环境、冲击环境的影响规律.研究表明,声学覆盖层将增加艇体结构对冲击波能量的吸收,使潜艇的破坏环境变坏,并使潜艇典型部位的设计冲击谱增大,但随着声学覆盖层的敷设方式不同,典型部位的设计冲击谱变化也各不相同.     

敷设声学覆盖层的板架结构抗冲击性能数值计算研究

为提高潜艇的隐身性能,通常在潜艇非耐压壳板外表面敷设消声瓦,在耐压壳体的外表面敷设隔声去耦瓦,在耐压壳体内表面敷设"阻尼层"(以上三种结构统称为多种声学覆盖层);由于声学覆盖层含有空腔的特殊结构形式,该空腔结构形式在受到爆炸冲击波时,腔体将产生变形并吸收能量,这将严重影响潜艇的抗冲击性能。因此,针对敷设声学覆盖层的板架结构的吸能性能进行研究,找出了覆盖层空腔结构变形、速度及加速度与冲击波能量吸收之间的关系,得到敷设声学覆盖层板架结构的抗冲性能;并对声学覆盖层结构进行优化,在此基础上,给出兼具抗冲和隔振功能的声学覆盖层结构设计及性能参数的优化建议。     

蜂窝金属夹芯板重复冲击动态响应研究

蜂窝金属及其夹芯结构是一种物理功能与结构一体化的新型轻质高强结构,广泛应用于结构轻量化与碰撞冲击防护领域。采用ABAQUS非线性有限元软件建立了蜂窝金属夹芯板(honeycomb sandwich panel,HSP)结构动态冲击数值仿真模型,数值仿真计算结果与文献实验结果吻合较好,验证了数值仿真模型的正确性。在此基础上,开展了重复冲击载荷作用下蜂窝金属夹芯板结构动态响应研究,得到了重复冲击力时程曲线、动态变形时程曲线、冲击力位移曲线以及最终挠度,分析了冲击能量、蜂窝壁厚以及上、下面板厚度分配对蜂窝金属夹芯板结构重复冲击动态响应的影响规律。研究结果表明,重复冲击载荷作用下蜂窝金属夹芯板结构上、下面板弯曲变形以及蜂窝芯层压缩变形逐渐积累,蜂窝芯层薄壁结构逐渐达到密实化,结构抗弯刚度逐渐上升,变形增量逐渐减小,结构整体能量吸收率下降。通过调节蜂窝壁厚和上、下面板厚度分配可以显著调节蜂窝金属夹芯板结构重复冲击动态响应与能量吸收性能。     

层状复合结构的应力波传播规律及能量耗散机制研究

为研究层状复合结构的应力波特性和能量耗散机制,设计了碳化硅陶瓷/超高分子量聚乙烯/钛合金(SiC/UHMWPE/TC4)和SiC/TC4/UHMWPE两种复合结构,并进行了SHPB(split-Hopkinson pressure bar)试验和数值模拟。基于金属丝缠绕材料(entangled metallic wire material, EMWM)出色的能量耗散性能,设计了SiC/UHMWPE/EMWM/TC4和SiC/TC4/EMWM/UHMWPE复合结构,并进行了SHPB试验。结果表明,复合结构中的EMWM对应力波的透射传播具有延迟和阻碍效应。EMWM复合结构主要通过反射大部分入射能量来耗散冲击能量,相比于其他复合结构主要通过SiC的破坏来耗散冲击能量相比,EMWM复合结构的能量耗散机制更合理,抗冲击性能更好。UHMWPE置于SiC的背部可以充分发挥UHMWPE和EMWM的缓冲性能,减小SiC的损伤。而TC4置于SiC的背部会加剧SiC的损伤。     

敷设不同覆盖层圆板结构水下抗爆响应特性

在舰船壳体湿表面敷设柔性覆盖层是一种能有效提高其抗冲击性能的方法。多孔蜂窝覆盖层受爆炸冲击波载荷作用后胞元孔壁易于压溃,有效地分散冲击波能量,大幅度减少响应前期阶段的入射冲量,屈曲变形会吸收大量能量。水下爆炸试对于揭示模型的抗冲击机理起着重要的作用。总结对敷设不同覆盖层-圆板结构的水下爆炸响应特性的试验研究。考察有无柔性覆盖层对结构响应的影响,同时解释水下冲击波、气泡对柔性覆盖层的作用过程及覆盖层的抗冲机理。     

覆盖层加筋板结构水下抗爆性能对比试验研究

为提高潜艇的隐身性能,潜艇壳体表面常敷设声学覆盖层结构。声学覆盖层常设有各类空腔等特殊结构形式,在受到水下爆炸冲击波时空腔产生变形并吸收能量,对潜艇的抗冲击性能产生影响。分别对不同覆盖层及无覆盖层的加筋平板试件开展水下抗爆炸性能对比性试验研究。通过试验获取各加筋平板试件典型部位的加速度、应变响应。比较不同覆盖层对加筋平板结构的实际抗冲效果,为今后声学覆盖层的抗冲设计和研究提供参考。     

车用动力电池箱夹芯防护结构抗冲击性能仿真EI北大核心CSCD

针对车用动力电池箱底部冲击防护需求,提出三种具有不同芯层构型的夹芯板结构,并对其防护性能进行了数值仿真和量化分析对比。首先,建立了动力电池箱系统典型冲击工况有限元模型,仿真获得了采用均质底板的电池箱系统动态冲击响应并揭示了结构的变形吸能机理;其次,设计了以空心圆管、BRAS结构和叠层仿生鳞片为芯层的电池箱底部夹芯防护结构;进而,以电池轴向压缩量和最大轴向压缩比、防护效果参数和结构总吸能为评价指标,仿真分析了三种夹芯板的抗冲击防护性能,并与均质防护板进行了对比。最终结果表明,BRAS夹芯板具有最佳的抗冲击性能,可用于动力电池箱系统底部防护。     

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。     

敷设超弹性覆盖层舰船水下爆炸冲击实验与仿真分析

针对在船体湿表面敷设超弹性覆盖层,对减少远场水下爆炸冲击对舰船造成的损伤具有较好效果,而覆盖层为薄壁结构与舰船尺度不匹配,在有限元分析中易造成较大困难甚至无法计算问题,提出具有较高计算效率的仿真近似方法。该方法基于超弹性覆盖层均匀化理论,考虑应变率相关性,将覆盖层实体结构替换成等效连续体模型,对全舰船进行水下爆炸冲击响应仿真分析。对敷设、未敷设覆盖层水面实船进行水下爆炸对比试验,通过试验数据与仿真结果比较研究、分析讨论,对超弹性覆盖层抗冲击性能进行深入阐述。     

三维整体夹芯机织复合材料的抗冲击与能量吸收性能

采用落锤冲击测试方法对几种类型3D整体夹芯机织复合材料板材的抗冲击性能进行测试,将测试结果与2D机织层合板、典型3D机织复合材料的抗冲击性能进行比较,分析影响复合材料抗冲击性能的因素.最后采用SEM分析试样的破坏过程与损伤机理.结果表明:当承受相同的冲击力时,具有合适夹芯结构的材料质量要比典型的三维机织复合材料板材轻的多,即可以满足工程上对结构体本身轻质、高强度性能及能量吸收能量的要求;接结方式的不同将影响复合材料板材的抗冲击性能,贯穿接结复合材料的抗冲击性能优于分层接结的复合材料;复合材料的抗冲击性能将随着增强纤维拉伸强度的增大而增大;在落锤冲击条件下,预制件经、纬纱的织造密度对三维整体夹芯机织复合材料板材的抗冲击性能影响很大.     

浮冰碰撞下蜂窝金属夹芯板动态响应研究EI北大核心CSCD

采用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,结合混凝土冰材料数值模型,建立了楔形冰碰撞下蜂窝金属夹芯板动态响应数值仿真模型,得到了碰撞过程的冲击力时间曲线和冲击力位移曲线、蜂窝金属夹芯板的变形以及冲击能量分配情况,并开展了楔形冰-蜂窝金属夹芯板碰撞冲击试验验证。研究结果表明,楔形冰碰撞下蜂窝金属夹芯板上面板表现为局部凹陷与整体弯曲的耦合变形模式,下面板表现为整体弯曲变形模式,冲击能量转化为蜂窝金属夹芯板的变形能和楔形冰的回弹动能以及冰体破碎耗散能量,数值仿真与试验结果吻合较好,验证了数值计算模型的准确性。在此基础上,研究了浮冰碰撞冲击位置以及蜂窝芯层厚度对其动态响应及能量分配的影响规律。     

基于多尺度分析的平纹机织复合材料贴补结构抗冲击性能研究EI北大核心CSCD

由于平纹机织复合材料修补结构对冲击荷载下产生的响应具有多尺度的影响,采用多尺度方法建立数值分析模型,对平纹机织和单向铺层复合材料修补结构冲击响应间的差异进行研究;同时,对不同冲击能量下平纹机织复合材料修补结构的损伤演化和补片形状对结构抗冲击性能的影响也开展了研究。通过建立纤维束微观和代表性单元(representative volume element,RVE)细观模型,预测细观材料性能,进一步采用局部均匀化方法得到平纹机织复材的宏观交叉层合板等效模型(Equivalent cross-ply laminate,ECPL),完成修补结构多尺度抗冲击损伤性能分析模型构建;利用连续损伤力学模型和三维Hashin准则对冲击过程中修补结构损伤演化进行分析,并通过落锤冲击试验力和能量曲线验证了数值模型的准确性。数值和试验结果表明:平纹机织修补结构较单向层合板修补结构具有更好的抗冲击性能;其冲击损伤主要沿着0/90方向分布,随着冲击能量的提高,主要承力部位由补片转移到母板;当冲击能量达到12 J时,胶层开始出现失效脱落现象;圆形补片修补的平纹机织结构具有更好的抗冲击性能。     

考虑材料动态非线性影响的VLCC搁浅性能研究

对船舶搁浅相关冲击问题进行数值仿真计算时,合理可靠的材料输入是保证仿真结果准确性的基础。开展了船用低碳钢材料的准静态拉伸和高速拉伸试验,以试验结果为基础,通过相关计算及校准研究,考虑材料硬化、失效应变以及应变率敏感性,得到满足材料动态非线性要求的仿真材料输入方法及参数。在此基础上,利用非线性有限元软件ABAQUS对VLCC舱段结构搁浅触礁事故进行仿真计算,从损伤变形、搁浅载荷以及搁浅过程中的能量吸收情况等方面分析船体结构的搁浅性能。该研究成果可为大型结构冲击问题数值仿真中的材料非线性输入提供参考和依据。     

格栅-蜂窝混式芯体夹芯结构的低速冲击性能

针对传统复合材料夹芯结构抗冲击性能差的缺陷,提出一种格栅-蜂窝混式芯体,并对其低速冲击性能进行了研究.采用半球头式落锤冲击实验平台对碳纤维铝蜂窝夹芯结构的低速冲击响应进行研究;其次基于蜂窝非线性本构与完美界面假设,建立了碳纤维铝蜂窝夹芯板低速冲击仿真模型,实验与仿真结果吻合良好;最后对不同冲击位置和冲击角度下格栅-蜂窝...     

冲击载荷下周期性层状管结构中应力波衰减特性研究

利用分离式霍普金森压杆试验装置(SHPB)开展了周期性层状管结构的动态冲击试验,结合有限元数值仿真研究了冲击载荷作用下周期性层状管结构中瞬态应力波传播与衰减特性。基于固体晶格能带理论,研究了周期性层状管结构的带隙特性,阐明了能带结构与应力波频谱衰减区域的对应关系,分析了层状管的材料和结构参数对带隙的影响。研究结果表明,周期性层状管结构具有良好的冲击应力波衰减特性和抗冲击性能,其应力波衰减特性主要由其带隙引起,层状管的材料和结构参数对带隙的频率范围和宽度具有有效的调节作用。该研究工作可以为工程抗爆抗冲击提供新思路。     

多层 U 形A瓦楞结构材料的共面力学性能

目的在不同冲击速度的共面载荷条件下,获取多层U形A瓦楞结构材料动态力学性能参数。方法建立有限元分析模型,并简化能量吸收模型,来评估其能量吸收性能。结果随着冲击速度的不断增大,均匀变形、过渡变形和动态变形等模式随之呈现。结论最佳单位体积的能量吸收主要由动态峰应力决定。在结构参数一定的条件下,共面动态峰应力取决于多层U形A瓦楞结构材料所受到的冲击速度。通过对数值结果的物理分析和讨论,提出了动态峰应力关于冲击速度的经验关系式。     

带限位器单层隔振系统冲击响应研究

在舰艇设备中,通常采用隔振系统来吸收冲击所带来的能量,为了限制设备受到冲击载荷时发生过大变形,隔振系统通常带有限位器。以单自由度单层隔振系统为研究对象,采用时域有限元分析方法,分别对带有不同阻尼限位器的隔振装置受到水下爆炸载荷冲击下的响应进行数值仿真研究,计算得出隔振系统在冲击载荷作用下的相对位移响应和绝对加速度响应,分析了限位器参数对冲击响应的影响,旨在为舰艇设备抗冲击性能设计及性能评估提供参考。     

API 5L X56管中管横向冲击性能的数值研究EI北大核心CSCD

随着海洋石油行业的蓬勃发展,油气田开发不断向深海发展,对海底管道性能的要求也不断提高。管中管具有良好的保温性能而逐渐得到应用;为系统地研究管中管结构的横向抗冲击性能,采用非线性有限元程序建立了数值模型,并与试验数据进行验证。参数化研究发现,一定冲击能量下,聚氨酯泡沫所吸收的能量与管中管的内管和外管所吸收能量的总和相比所占比重较小;随管中管壁厚和钢材等级的提高,管道的局部凹陷程度降低,海底管中管抵抗冲击变形的能力越强;随管中管悬跨长度增加,管中管跨中截面的残余位移逐渐增大,而横截面残余变形和局部凹陷深度逐渐减小,整体弯曲变形所占的比重逐渐增加,局部凹陷所占的比重有所减小。