Kagome点阵夹层板吸能性能的数值模拟

建立了Kagome点阵夹层板在爆炸冲击荷载作用下的数值模拟模型，计算分析了夹层板的面板厚度、夹芯层杆件半径以及爆炸冲击荷载峰值压力和作用时间对Kagome点阵夹层板吸能性能的影响。发现在给定的爆炸冲击荷载作用下，夹层板只有在合适的几何尺寸下才能使夹芯层的塑性变形能占整个结构塑性变形能的大部分，从而体现出该夹层板主要由夹芯层塑性变形耗能的优势。     

夹芯复合材料圆柱壳在静水压力下的承载能力试验

为研究极限复合材料圆柱壳在静水压力下的损伤现象和机理,首先基于钢制耐压壳比重大以及声学和磁学性能差的缺点,提出了使用夹芯复合材料圆柱壳作为潜水器耐压壳的新型结构形式;然后,采用试验研究,比较了两种模量芯材的夹芯复合材料圆柱壳结构在静水压力下的承载能力;最后,根据两种壳体的特点,设计了两种不同的试验方案进行试验,得到了壳体的失效载荷,并通过应变片测定了壳体复合材料表层上相应测点在试验过程中的应变数据。得到以下结果:HW-S01壳体受到屈曲效应的破坏,而HW-055壳体由于局部复合材料应力过载而失效;HW-S01壳体的试验失效荷载为1.34 MPa,HW-055壳体的失效载荷为11.2 MPa。试验结果表明:该夹芯复合材料圆柱壳有能力承受超过1 000 m水深的静水压力,可以对大潜深潜水器全复合材料耐压壳的设计研究提供参考。     

纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体高应变率压缩吸能机理

为研究纤维缠绕复合材料夹芯圆柱体吸能元件在高应变率冲击压缩载荷作用下的变形损伤模式和能量吸收机理,采用ABAQUS商用有限元软件和分离式Hopkinson压杆装置开展数值模拟分析和试验验证研究。对比分析宏观力学响应规律和微观损伤破坏机理,可知吸能结构元件在高应变率压缩载荷下的力学响应具有典型的弹塑性特征,内部芯材主要产生压缩塑性损伤,而表层复合材料沿环向产生拉伸断裂破坏。研究表明,该吸能元件冲击压缩吸能特性优异,可满足水下结构平台的冲击防护和浮力储备要求。     

安静型夹芯复合材料舵设计及其力学性能分析

通过对夹芯复合材料各层材料的选择,以及夹芯复合材料舵壳的结构设计,提出了夹芯复合材料舵的设计方案和制作工艺。并利用有限元方法计算了复合材料舵壳在流体压力作用下的应力和变形,以及在瞬态载荷作用下舵壳的振动响应。计算结果表明,夹芯复合材料舵壳满足结构的强度和刚度的要求,同时振动水平与钢舵比较有很大的改善。     

金属泡沫复合材料夹芯结构的压痕响应实验

金属泡沫夹芯结构是近年来新出现的一种明显具有结构和功能一体化特点的新型轻质材料,它在临近空间飞行器、航海及汽车等领域有着广阔的应用前景。以以纤维增强复合材料面板、闭孔泡沫铝芯子为特征的复合材料夹芯结构为研究对象,对其在球形压头作用下的压痕响应、损伤模式、变形机制和失效机理进行理论分析和实验研究。研究发现,泡沫铝复合材料夹芯结构的压痕响应是夹芯结构的各个组成部分的响应、相互作用以及压头属性的综合作用结果。泡沫铝复合材料夹芯结构在球压头作用下的损伤模式为基体开裂、纤维断裂、层间分层、泡沫铝的屈服及剪切断裂五种失效模式。     

水下爆炸载荷作用下夹芯圆柱壳的动态响应

采用有限元数值模拟方法,对夹芯圆柱壳在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了分析.在夹芯防护层质量给定的情况下,通过对不同夹芯层相对密度下内部圆柱壳体获得的最大加速度进行比较,得出了最优的夹芯层相对密度.同时,还对内部圆柱壳体的等效应力和夹芯层的变形进行了分析.研究结果表明:夹芯防护层对爆炸冲击波有较好的衰减作用,且对里面的圆柱壳体起到了较好的保护作用,具有优异的抗冲击防护特性.     

夹芯复合材料T型接头侧弯损伤机理及强度特性分析

针对复合材料夹芯板材构件的侧弯承载和坚固连接要求,设计了弧形过渡区增强型T型胶接接头。建立了夹芯复合材料T型接头数值模型,模拟了其在侧弯载荷作用下的损伤产生、扩展及失效过程,并对夹芯复合材料T型接头试件进行了静态侧弯试验。结果表明:接头发生初始损伤的线载荷强度为44~47N/mm,损伤发生后接头的刚度值发生折减(降低约28%~32%),此时接头的承载能力仍在上升;试件界面完全剥离载荷强度较初始损伤线载荷强度略有增加(线载荷强度范围为54~62N/mm)。数值计算与试验结果吻合,表明弧形过渡区是夹芯复合材料T型接头最薄弱的部位,易发生破坏;初始损伤将首先出现在弧形过渡区复合材料表层,随着层间裂纹的扩展,过渡区复合材料与芯材的复合界面处出现剥离破坏并向自由端端部界面扩展,这是导致夹芯复合材料T型胶接接头失效的最主要原因。     

低速大质量球头弹冲击下薄板塑性动力响应分析

为研究半穿甲导弹冲击下舷侧结构抗侵彻性能及机理,探讨舷侧抗半穿甲导弹侵彻结构设计,假设低速大质量球头弹冲击下薄板的穿甲破坏可分为隆起变形、碟形变形和弹体贯穿3个阶段,采用理想刚-塑性材料本构模型,同时考虑剪切、弯曲及薄膜拉伸对薄板变形和失效的作用,分析了薄板在冲击过程中的塑性动力响应及三个阶段中的变形吸能,并采用材料有效塑性应变失效准则分析了薄板的穿甲破坏准则,得到了弹体穿甲后的剩余动能和速度、薄板的弹道极限速度以及薄板的最大塑性变形。模型计算结果与实验结果及有限元分析结果吻合良好。     

含分层缺陷复合材料夹芯梁力学特性及失效模式的试验研究

为研究分层缺陷对复合材料夹层结构承载特性的影响,对含面芯分层缺陷的复合材料夹芯梁开展了系列轴向压缩试验,采用高速摄影仪记录结构的变形形态及破坏过程,对结构出现的欧拉屈曲、剪切屈曲、局部面板褶皱、纤维压缩破坏等失效模式进行分析,并探讨了梁长度、表层厚度、芯层厚度、缺陷尺寸等参数对结构承载特性的影响。试验结果表明:表层厚度对结构的失效模式及承载能力有着直接影响;对于贯穿型矩形缺陷,当缺陷因子μ≥0.05时,结构发生局部屈曲失效;局部屈曲为非稳态失效,当面板出现局部褶皱后,面芯分层缺陷迅速沿轴向向两端扩展,扩展路径可由面芯界面层进入芯层,造成芯层的剪切破坏。     

磨损身管下的杆式穿甲弹强度失效计算机模拟

针对某型105 mm钨合金超速脱壳穿甲弹在射击试验时出现的弹体强度失效现象,使用有限元分析软件对其强度进行了分析计算。计算分两种工况：正常状态下的弹体应力应变分布和磨损身管条件下的弹体应力应变分布。根据计算结果,证实了弹体强度失效是由于火炮身管过度磨损的原因所致。     

冲击波载荷作用下固支正交各向异性薄板挠度特性分析

根据能量原理,采用层合板理论和薄板大变形理论,对四边固支的矩形正交铺层的纤维增强复合材料薄板在爆炸冲击波作用下的弹性大变形进行理论分析,得到了层合板的最大挠度计算公式。有限元数值模拟计算表明,理论计算结果与有限元数值模拟的结果吻合较好,因此该方法可用来对复合材料板在弹性范围内的最大挠度进行预测,同时认为根据薄板的最大挠度,可以计算板的应力(应变)分布和复合材料板失效时的爆炸载荷。     

应变天平测量电路退化及失效检测技术

针对振动、温度应力等引起的风洞应变天平检测电路(惠斯登电桥)的退化或失效,提出一种检测方法。基于不同时刻在电桥不同节点施加激励并测量其响应,通过理论计算实现电桥的参数解析,基于聚类实现失效检测。研制了原理样机,并开展实验研究,实验结果表明该方法有效,可以实现电桥的失效检测,电桥电阻的测量精度可以达到0. 2‰以上。基于该方法设计的样机,可以实现应变天平检测电路的退化及失效的自动检测,节省故障诊断时间,提高风洞试验的可用时间。     

高耸薄壁筒形构筑物爆破拆除支座截面应力应变实测分析

本文根据一座８０米钢筋混凝土烟囱爆破拆除倒塌过程,支座垂向不同位置的应变（应力）测试结果及钢筋混凝土偏心受压构件在大小变形条件下的强度理论,对高耸薄壁筒形构筑物在切口形成后的倾倒过程中,支座内力变化及失效过程进行了分析研究,得到的有关结论对高耸薄壁筒形构筑物拆除爆破切口设计有指导意义。     

不锈钢面板与铝面板泡沫铝夹芯梁的抗爆性能

为考查泡沫铝夹芯梁的抗爆性能及面板材料对其抗爆性能的影响，采用数值模拟方法分析了面板材料分别为工业纯铝与304号不锈钢，芯材为Alporas泡沫铝共同组成相同质量泡沫铝夹芯梁在不同爆炸荷载作用下的跨中位移与芯材压缩应变的差异。研究结果显示：在爆炸冲量分别为1．82，3．77，6．08，7．0kN·s的作用下，工业纯铝面板泡沫铝夹芯梁跨中位移分别为304号不锈钢面板泡沫铝夹芯梁跨中位移的68％，83％，84％及86％，较304号不锈钢面板泡沫铝夹芯梁具有更好地抵抗爆炸冲击波的能力，面板材料对泡沫铝夹芯梁的压缩应变影响较小。     

岩土崩塌冲击作用下埋地管道应力与变形分析

基于散体极限平衡条件,利用马斯顿提出的沟内埋管垂直土压力计算模型,对存在冲击荷载情况的埋地管道受力进行分析,同时根据弹性半空间理论对落石冲击荷载情况下管道轴向附加荷载分布情况进行了计算分析。在利用传统的应力设计进行分析校核的同时,应用竖向变形量设计理念,研究了落石垂直冲击管道正上方时管道变形情况,以此来判断管道失效与否,为地质崩塌灾害易发区埋地管道的铺设方式提供理论和实践依据。     

基于仿真的竞争失效产品步降加速寿命试验优化设计

针对竞争失效产品加速寿命试验存在试验时间长、费用高、效率低的问题,提出了一种基于Monte-Carlo仿真的竞争失效产品步降加速寿命试验优化设计方法.采用Monte-Carlo对步降加速寿命试验进行仿真模拟,以正常使用应力下的p阶分位寿命渐进方差估计最小为目标,以各试验应力水平及对应应力下的试验截尾数作为设计变量,采用MIE理论进行统计分析,建立了基于仿真的竞争失效产品步降加速寿命试验优化设计模型.最后,通过实例分析表明:该方法具有可行性、有效性.     

夹层复合材料耐压圆柱壳深水静压承载特性分析

为探究新型夹层复合材料耐压圆柱壳在深水环境中的极限承载能力及失效模式,以湿法缠绕工艺成型的圆柱壳模型为研究对象,通过开展深水静压试验研究及数值仿真,分析了结构的极限承载能力及失效模式。结果表明:夹层复合材料圆柱壳的失效模式为整体失稳,内外蒙皮均出现明显纤维断裂,伴随结构渗水,内蒙皮与芯层界面处出现分层并扩展,导致结构完全丧失承载能力。同时,在兼顾结构强度与稳定性双重指标前提下,预测了结构的渐进破坏模式及极限荷载,预测值与试验结果相比误差为5.97%。该研究为夹层复合材料耐压壳的应用设计提供了技术储备。     

复杂非线性隔冲减振系统计算分析

基于结构动力学理论,提出了一种用于分析计算复杂非线性隔冲减振系统的双模型两步计算法。该方法将冲击振动分成2个阶段:冲击作用阶段和自由振动阶段。冲击作用阶段,采用两自由度模型进行响应计算,该两自由度模型可有效地解决基础冲击输入问题;自由振动阶段,采用单自由度模型进行响应计算,设备在该阶段以冲击终了时刻的速度和位移为初始条件进行振动。文中还对一个典型的复杂非线性系统的冲击过程进行了数值计算.该方法亦可用于线性隔冲减振系统的计算分析.     

螺栓联结预应力施加方法改进研究

要在各种瞬态行为(碰撞、冲击等)中真实计算出含预紧螺栓结构系统的动态响应,就必须真实模拟出螺栓联结的真实内部应力分布。在以往研究的基础上,改进了只适合简化模型和轴向受力螺栓模型的轴向预紧力施加方法,并提出了使用局部降温法和等效摩擦法联合加载螺栓联结结构预应力的方法。将M24预紧螺栓结构的仿真结果与理论分析进行了比较,结果表明:该方法能够正确地模拟出应力在预紧螺栓结构中的分布,应力计算值误差也在工程允许误差范围之内。     

大型水面舰艇在重型鱼雷水下近距爆炸作用下的毁伤效应

以单发某重型鱼雷击沉DD973驱逐舰的实船打靶试验为例,揭示了船体梁结构在船中底部近距离水下爆炸作用下最终呈现中垂破坏现象.建立了该问题的物理仿真模型,再现了船体梁在水下爆炸近场冲击波正压和负压交替作用下的中垂破坏过程.与实船打靶试验情况进行对比的结果验证了数值计算结果的有效性.在此基础上,分析了船体梁结构在水下爆炸近场球面冲击波和动态气泡作用下的内力和变形规律.