水下非接触爆炸的负波对舰船设备破坏的影响

揭示水下非接触爆炸的负波对舰船设备冲击破坏影响,并分析冲击破坏规律,对舰船设备抗冲击设计及考核具有重要意义。设计不同固有频率的悬臂梁,分别计算在不同负波脉宽和负波延迟时间的冲击载荷作用下梁固定端应力响应,得到负波脉宽与应力、负波延迟时间与应力的关系曲线,同时绘制了相应的冲击响应谱。结果表明:增加负波脉宽可提高冲击载荷对低频设备破坏能力,对中频和高频设备破坏影响不大;负波延迟可加剧低频设备破坏,可降低中频设备破坏,对高频设备破坏无影响;增加负波脉宽和负波延迟时间均可加剧冲击载荷对低频设备的破坏。     

水下非接触爆炸产生负波对舰船设备破坏的影响

揭示水下非接触爆炸的负波对舰船设备冲击破坏影响,并分析冲击破坏规律,对舰船设备抗冲击设计及考核具有重要意义。设计不同固有频率的悬臂梁,分别计算在不同负波脉宽和负波延迟时间的冲击载荷作用下梁固定端应力响应,得到负波脉宽与应力、负波延迟时间与应力的关系曲线,同时绘制了相应的冲击响应谱。结果表明：增加负波脉宽可提高冲击载荷对低频设备破坏能力,对中频和高频设备破坏影响不大;负波延迟可加剧低频设备破坏,可降低中频设备破坏,对高频设备破坏无影响;增加负波脉宽和负波延迟时间均可加剧冲击载荷对低频设备的破坏。     

舰艇电气设备中簧片式触点开关冲击响应分析

簧片式触点开关广泛应用于舰艇的电气设备中。舰艇受到爆炸冲击时,簧片式触点开关易发生断路或簧片产生塑性变形,影响设备的可靠性,危害舰艇的安全。为了校核簧片式触点开关的抗冲击能力,首先对处于闭合状态的簧片式触点开关进行接触模态分析,然后对其施加多种典型冲击载荷并采用Bathe复合积分法开展计算,最后通过提取动、静触头之间的接触力来判断簧片式触点开关是否发生断路,同时观察簧片根部在冲击载荷下是否发生塑性变形。研究发现：动、静触头之间的接触力在冲击载荷作用时波动剧烈,而在自由振动时则呈现出明显的周期性,且振动频率接近一阶固有频率;在幅值相同的情况下,高频冲击载荷更容易诱发剧烈的接触颤振而断路,低频冲击载荷会使簧片根部的应力较大而塑性变形。讨论了负波延迟对冲击响应的影响,提出了改善簧片式触点开关抗冲击能力的措施。     

设备冲击极限载荷及分析实例

船用设备抗冲击能力用冲击极限载荷来衡量,可应用于设备以及隔振系统的选型和设计,是船舶抗冲击研究的重要内容之一。设备冲击极限载荷是设备本身的固有特性,利用冲击输入的加速度或冲击谱来表征。船用柴油机的冲击失效判别准则有应力超限、应变超限、位移超限、连接结构失效等。TBD234V6柴油机冲击响应仿真分析表明在BV043/1985规定的冲击载荷下,停机状态时应力指标超限,零部件之间变形指标达到1～2 mm,需要在装配零部件时保证不会引起干涉,曲轴变形指标表明油膜被破坏,因此,该型柴油机必须加装隔冲装置。机脚螺纹连接冲击响应线性计算表明,螺纹连接产生分离。     

非线性系统带集中质量悬臂梁易损件跌落冲击特性

以三次非线性缓冲包装系统为研究对象,建立系统跌落冲击动力学方程;综合龙格-库塔和有限元法设计动力学方程的求解算法;探讨了集中质量和主体振动频率对易损件响应的影响。数值分析表明:系统跌落冲击过程,易损件最大位移和加速度响应均位于悬臂梁自由端,易损件与主体连接部内应力最大;易损件相对主体质量较小时,系统耦合作用对易损件响应影响不明显;随集中质量增加或主体振动频率向易损件第一阶固有频率接近时,易损件内应力响应、自由端相对位移响应幅值显著增大。在含弹性易损件产品系统包装设计中,连接部的内应力和易损件相对位移是关注的重要参数。研究结论可为带集中质量悬臂梁产品缓冲包装设计提供理论依据。     

水下非接触爆炸中谱跌效应对设备破坏的影响分析

弹性安装的舰载设备在受到水下非接触爆炸冲击时产生的谱跌效应会显著降低设备的冲击响应。为研究谱跌效应对舰载设备的设计谱及其设计安装的影响,通过有限元计算对比分析弹簧振子模型的伪速度冲击响应和悬臂梁模型应力冲击响应,同时对比分析上层振子固有频率相同但质量与刚度不同的双层弹簧振子模型的下层振子伪速度冲击响应。发现：谱跌效应发生时,下层设备的伪速度响应和应力响应均有明显的降低,据此须改进舰载设备的三折线伪速度设计谱;增加上层设备的质量和刚度会显著降低下层设备的伪速度响应,并使谱跌效应的频宽范围增加,利用此特性可降低舰载设备中有着特殊固有频率或固有频率集中的零部件的应力响应。     

弹性安装齿轮箱抗冲击特性时域计算分析

以某型舰用弹性安装齿轮箱为研究对象,借助于ABAQUS软件建立弹性安装齿轮箱有限元模型,参考联邦德国国防军舰船建造规范BV0430/1985标准确定弹性安装齿轮箱的等效冲击载荷谱,并将等效的双三角波加速度冲击载荷加载到有限元模型中,应用有限元分析方法分别对有、无限位设计的弹性安装齿轮箱在冲击载荷作用下的时域响应特性进行数值仿真计算,计算得出弹性安装齿轮箱在冲击载荷作用下的加速度、速度和位移响应时域曲线,进一步分析得出限位设计对弹性安装齿轮箱抗冲击性能的影响,对弹性安装齿轮箱的抗冲击结构设计具有一定的指导意义。     

无焊缝全螺栓连接双钢板混凝土组合剪力墙平面外抗冲击性能有限元分析

为研究无焊缝全螺栓连接双钢板混凝土组合剪力墙在平面外冲击荷载作用下的力学性能,基于ABAQUS软件建立有限元模型并利用已有试验验证该模型的有效性,在此基础上分析了冲击质量、冲击能量、轴压比、截面形式等参数对该组合剪力墙抗冲击能力的影响,获得其破坏模式。结果表明:冲击能量相同时,墙体耗散的能量随着冲击质量的增加而增加;冲击质量相同时,冲击能量的变化能够影响墙体各部件的吸能比;较小的轴压比对墙体抗冲击性能有利,设计时可不考虑轴压比参数,结果偏于安全;墙体端部槽钢开口向内较开口向外其抗冲击性能略有提升;含对拉螺栓的墙体抗冲击性能优于含交错栓钉的墙体。结合有限元分析结果,基于冲击作用下梁的塑性位移计算方法,推导出该组合剪力墙在面外冲击荷载作用下的塑性位移计算公式,计算结果与有限元分析结果吻合较好。     

多次水下爆炸作用下钢板与焊接钢板冲击损伤特性

为了研究舰船结构在多次水下爆炸载荷作用下的抗爆抗冲击能力,基于水下爆炸鼓胀试验分别开展了5 mm、12 mm的船用A32背空钢板及焊接板的多次水下爆炸试验,得到了钢板与焊接板的塑性变形历程,测量并计算了钢板与焊接板受冲击区域沿半径各点处的挠度及厚度减薄率,分析了钢板与焊接板的塑性变形规律。结果表明:多次水下爆炸载荷作用下,焊接板与钢板的塑性变形形貌呈类球冠形,二者的厚度减薄率从中心位置到边界处呈先减小再增大的趋势,但焊接板的挠度小于钢板的挠度。A32钢板的变形模式主要为弯曲和拉伸变形,焊接板以弯曲变形为主。持续增加的水下爆炸载荷导致钢板中心位置与边界处拉伸断裂,而焊接板的焊缝及其热影响区发生脆性断裂。     

考虑几何尺寸和物性参数影响的铝硅闭孔泡沫材料冲击吸能性能分析

几何尺寸和物性参数对铝硅闭孔泡沫材料动态力学性能影响较大。消除材料自身尺寸效应的影响,采用落锤冲击实验方法对不同几何尺寸和物性参数的泡沫材料进行冲击实验,研究几何尺寸和物性参数对材料冲击吸能特性的影响。冲击实验结果表明:(1)材料几何高度增加,冲击作用下应变值减小,吸能量却有减小趋势,说明材料几何高度增大,极易产生材料孔壁破裂或整体失稳破坏,造成材料抵抗冲击载荷能力降低,立方体试件高宽比在1.0～1.5之间为宜,圆柱体试件高宽比为1.0～2.0时缓冲吸能作用发挥较好;(2)随着材料直径增大,抗压强度值增加,且峰值后降低幅值减小,应变值逐渐减小,说明材料直径的增加提高了抗压强度值,增强了材料抗冲击能力,但直径增加有一定界限,圆柱和立方体高宽比为1.0左右为宜;(3)材料密度越大,抗压强度值也越高,但峰值后的突降也越大;材料孔隙度越大,抗压强度值越小,材料易产生破坏,抗冲击能力也较低;材料孔径增大,抗压强度值降低,但变形量增加,受冲击载荷作用影响较大;(4)对比结果得到冲击吸能效果良好的泡沫材料合理物性参数,密度为0.35～0.70g/cm3,孔隙度为65%～87%,孔径为1.0～4.0mm。     

Transverse shear modulus and strength of honeycomb cores

The transverse shear mechanical behavior and failure mechanism of aluminum alloy honeycomb cores are investigated by the single block shear test in this paper. The transverse shear deformation process of honeycomb cores may be approximately categorized into four stages, namely elastic deformation, plastic deformation, fracture of cell walls and debonding of honeycomb cores/facesheets. The elastic deformation of unit cell under transverse shear displacement is also investigated by the finite element method, and the result shows that the bending deformation of the cell walls is similar to that of the cantilever beam. In order to precisely predict the equivalent transverse shear modulus and strength, not only shear deformation but also bending deformation of cell walls should be considered. Therefore, in the present paper, the equivalent transverse shear modulus and strength are predicted by application of the cantilever beam theory and thin plate shear buckling theory in conjunction with simplifying assumption as to the displacement in the cores. It is concluded that the contribution of bending deformation of cell walls to equivalent transverse shear modulus and strength is obvious with the decreasing height of cell walls.     

The fracture toughness and fracture morphology of polyester resins

The change in fracture toughness of an orthophthalate based medium reactivity polyester resin with change in resin flexibility, catalyst content, cure temperature and liquid environment, has been investigated. Various specimen geometries including simple double cantilever beam and tapered double cantilever beam have been used and the results obtained with the different geometries are in good agreement. The critical flaw size for the resin has been determined and an estimate obtained of the radius of the plastic zone under plane strain conditions. The solvent absorption characteristics of the resin were found to be effected by catalyst content, resin flexibility and by residual strains. Observations of the fracture behaviour, using both fracture toughness and tensile specimens have revealed a fracture surface morphology very similar to that of glass but with limited plastic deformation occurring.     

水下爆炸作用下弹塑性船体梁整体运动模型及损伤特性

针对水下爆炸作用下舰船整体运动响应的理论预报问题,将船体结构简化为等截面直梁,以炸药在船体梁中部正下方爆炸工况为研究对象,将水下爆炸载荷压力曲线划分为5个典型阶段,建立了冲击波和气泡联合作用下船体梁整体运动的简化理论模型,分别研究了船体梁全弹性和弹塑性运动模式,特别分析了梁进入塑性运动后反复加载、卸载的响应过程,最后结合船体梁模型水下爆炸实验结果对该理论方法进行了验证,同时对比分析了爆距、梁长等参数变化对梁整体运动响应的一般影响特性。研究表明:所建立的水下爆炸作用下船体梁整体运动响应理论模型能够反映船体梁发生整体弹性和塑性运动时的响应特征;当水下爆炸近距发生于梁中部正下方,且爆炸气泡第一次脉动频率与梁一阶湿频率相近时,船体梁更容易发生整体中垂损伤。     

Localised blast loading of fibre–metal laminates with a polyamide matrix

This paper presents the results of localised blast tests on fully clamped square fibre–metal laminate panels, manufactured using sheets of 2024-O aluminium alloy, woven glass–fibre reinforced polyamide and a polypropylene adhesive. The fracture properties of the composite–metal interface were determined using the single cantilever beam geometry and the measured interfacial fracture toughness was between values in the literature for thermosetting composites and aluminium/glass fibre polypropylene. Observations from blast experiments performed on panels with different stacking configurations are reported. Diamond and circular back face damage were observed, along with pitting, global displacement and tearing of the front face. Examinations of sectioned panels are presented and multiple debonding, plastic deformation and fibre fracture were identified within the panels.     

钢框架结构在坠落块体撞击作用下的动力效应分析

局部构件失效导致钢框架结构的传力路径发生变化,除了影响正上方结构的受力性能,还可能使下层结构受到局部块体掉落冲击影响。下层结构能够抵抗撞击荷载,是框架结构抵抗连续倒塌的重要研究内容。下层框架梁碰撞的动力特性对研究其抗倒塌能力至关重要,其中最大位移和撞击力变化是关键的动力特性。考虑完全塑性撞击和完全刚性撞击两种极端情况,依据动量守恒和能量守恒,并结合框架梁的变形能函数,确定梁在块体撞击后最大位移的上限值和下限值,采用已有落锤撞击试验验证最大位移理论分析的准确性。研究表明:当坠块速度较小时,碰撞接近于完全刚性撞击;当坠块速度较大时,碰撞接近于完全塑性撞击;当坠块撞击点接近于跨中时,理论模型与有限元模型接近;当坠块撞击点位于约束端时,完全刚性理论计算值比模拟值偏大。     

基于本征方程求解复合材料梁几何非线性静力平衡

对基于本征梁理论求解复合材料梁的几何非线性大变形屈曲问题进行了研究,根据材料属性利用渐近变分法确定复合材料梁的刚度矩阵,再根据本构方程和平衡方程求得其静力学行为,结果表明：对单层铺层的复合材料梁来说,刚度矩阵的耦合项可以忽略,其变形构型及梁末端的位移及转角的变化趋势与各项同性材料相同;对一个一般的复合材料梁来说,其刚度矩阵的耦合项不可忽略,耦合项对位移和转角的影响与施加在梁上的载荷大小有关,在载荷小于30N,以耦合项50%的变化量为界,当变化量小于50%时,位移和转角的变化趋势与初始时相同,当变化量大于50%时,位移和转角的变化趋势发生很大的改变,但与解耦后的变化趋势相似。     

Alternative test method for interlaminar fracture toughness of composites

Two methods of determining the mode I interlaminar fracture toughness for fiber-reinforced polymer matrix (FRPM) composites using a double cantilever beam (DCB) test are compared. The standard method of determining G _IC is based in linear-elastic fracture mechanics theory and requires a visual measurement of the crack length, presenting data acquisition and analysis difficulties. The proposed method makes use of elastic–plastic fracture mechanics theory and an analytical closed form solution to the J-integral to relate the fracture toughness J _IC , load, and angular displacement at the load application points. This method has the advantage of replacing visually acquired data with data easily obtained using inexpensive transducers as well as being applicable to a broader class of materials.     

Experimental study on the dynamic behavior of TiNi cantilever beams with rectangular cross-section under transversal impact

The experimental investigation of TiNi alloy cantilever in the PE state and R-SME state, respectively, was conducted under transversal impact by using a modified Hopkinson bar apparatus. For comparison, the impact response of A3 steel cantilevers with the same geometry was also studied. The results show that at an early stage the elastic flexible waves dominate the wave response of the beam. After about 1 ms the dynamic structural response will be the main response. Under impact the “phase transformation hinge (TH)”, which differs from the conventional plastic hinge (PH), may form and undertake the main deformation and energy absorption in a cantilever. The impact position has a great influence on the location, time and number of the formation of TH, hence the response mode of a cantilever. After impact there is no residual deformation for a PE cantilever, there is a small residual deformation for an R-SME cantilever due to the R transition and large residual deformation for steel cantilevers due to the plasticity. The energy absorption efficiency of cantilevers for different materials and impact conditions are discussed.