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。     

FRC/钢嵌入式T型接头疲劳试验及可靠性分析

为了研究FRC/钢嵌入式T型连接接头疲劳特性,采用真空成型工艺(VARTM)及缝合技术制作T型连接接头,利用Letry疲劳试验机对接头开展拉-拉疲劳试验。根据疲劳试验结果,研究了T型接头在拉-拉疲劳载荷作用下初始损伤特性及损伤演变规律;基于两参数Weibull分布模型,开展T型连接接头疲劳可靠性分析,拟合得到接头在不同应力水平下的疲劳寿命分布规律,给出接头在不同应力水平下疲劳可靠度函数,以及接头在指定可靠度下应力/寿命双对数曲线关系式(R-lnS-lnN曲线)。结果表明,ln ln[1/R(N)]与lnN呈现良好的线性关系,T型接头疲劳寿命服从Weibull分布;疲劳寿命可靠度双对数方程建立了可靠度、疲劳寿命以及疲劳应力的关系,可指导接头疲劳可靠性设计和工程应用。     

FRC/钢嵌入式L型单向接头改进设计及失效机理

针对梅志远等提出的FRC/钢嵌入式单向接头所存在的初始损伤强度值偏低,不利于连接结构完整性的问题,提出了改进设计方案。通过开展改进型接头单向拉伸极限承载强度试验研究,验证了改进措施的有效性;利用Abaqus非线性显示求解技术和Cohesive界面模拟技术对接头承载特性进行仿真分析,进一步探讨了改进型单向接头承载应力分布特征、损伤演变规律以及连接失效机理。研究结果表明:改进设计方案初始损伤线强度值比梅志远等提出的结构方案提高了2~3倍;初始损伤主要表现为凹槽内表面FRC/钢粘结界面的剪切剥离。     

战斗部近炸下防护液舱破坏机理分析

为研究大型舰船水下舷侧防护液舱的破坏机理，根据液舱的承载特性，设计制作缩尺战斗部模型和敞口、密闭两种液舱结构模型，开展两种姿态战斗部近炸下高速破片和冲击波对防护液舱的联合毁伤试验。根据试验后液舱模型的破损情况分析液舱前、后板在典型载荷下的破坏机理，总结分析液舱结构整体的破坏模式和破坏机理。结果表明：高速破片是防护液舱结构的主要防御对象，破片开坑和空化阶段是液舱结构变形破坏的主要阶段，破片群侵彻液舱形成的激波载荷和空化效应引起的挤压载荷是使结构产生变形破坏的主要冲击载荷。     

非金筋材海水集料混凝土梁正截面承载力分析与试验研究

对非金筋材海水集料混凝土梁正截面承载力设计方法进行了研究,基于刚度控制和蠕变特性分析了梁构件的受弯性能,提出非金筋材海水集料混凝土梁的设计建议以及其极限弯矩、开裂弯矩的建议计算公式。制作4根6 m长的碳-玻纤维筋海水集料混凝土梁,采用两点加载的方式进行弯曲试验,研究了非金筋材海水集料混凝土梁的破坏形式及受弯变形性能,测定了梁构件的开裂荷载和极限荷载值,结果表明设计建议合理,方法具有适用性,承载力计算值与试验结果吻合较好。     

近场爆炸作用下简支钢筋混凝土梁冲剪破坏的预测方法

爆炸作用下钢筋混凝土梁会呈现多种破坏模式,针对近场爆炸载荷作用下钢筋混凝土梁的冲剪破坏,联合等效单自由度模型和临界剪切裂纹理论,提出一种预测钢筋混凝土梁冲剪破坏的方法,并通过开展两发球形梯恩梯装药近场爆炸试验,观察了钢筋混凝土梁的破坏形态,验证了冲剪破坏的预测方法.结果表明:提出的预测方法可用来评估钢筋混凝土梁在近场爆...     

圆柱壳体结构振声传递特性试验研究

为了研究圆柱壳体的振声传递特性,首先对某内部含T型组合板结构的潜艇舱段缩比双层圆柱壳体开展了振动与辐射噪声测试;然后,基于谱相关系数和振声传递函数,分析了扫频激励下圆柱壳体结构的振声测试数据。两种方法的分析结果都表明:相对于T型组合板中水平板的振动,竖直板的振动对圆柱壳体辐射噪声贡献更大,由此证明控制竖直板的振动是一种有效降低此类圆柱壳体声辐射的方法。     

舰船静置爆炸气泡时总纵强度计算方法研究

新型"大气泡能"概念武器在水下爆炸能产生大气泡,对船体总纵强度造成很大影响,有可能使舰体发生纵向折断或倾覆。为研究这种作用,建立了舰船静置爆炸气泡时总纵弯曲强度的理论计算方法。采用静置爆炸气泡的假设,将气泡产生的浮力损失和压力差转化为等效载荷,计算气泡作用后船体的总纵弯矩和剪力并进行强度校核。以某舰艇为例进行计算,结果表明,爆炸气泡作用下船体的剪力和弯矩比静浮状态增大很多,船体发生纵向折断破坏的危险性也随之增大。     

一种新的点蚀损伤下船体结构极限强度计算方法

针对当前点蚀损伤情况下船体结构极限强度的计算问题,首先依据实船点蚀勘验数据分析了点蚀的特征要素,提出了点蚀特征矩阵的概念,从刚度折减角度建立了一种新的极限强度计算方法;然后,与目前常用的两种点蚀损伤下极限强度计算方法进行了对比;最后,以实船的点蚀损伤加筋板为分析对象,通过有限元法对不同载荷工况下,三种点蚀损伤评估方法的适用性和可靠性进行了对比分析。结果表明:基于DOP和ΔV的点蚀损伤极限计算方法受承载形式的影响较大,而基于刚度缩减因子的极限强度计算方法适用性相对较好。     

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。     

近距空爆载荷作用下双层防爆舱壁结构抗爆性能仿真分析

为探讨双层舱壁结构的抗爆性能,采用有限元仿真分析了近距空爆载荷作用下结构的动态响应过程和板材最大有效塑性应变随冲击波载荷强度的变化关系以及结构的失效破坏模式和动态吸能特性,并与相同材料同等重量的传统加筋板架进行了比较,最后对抗爆性能较好的CI型双层舱壁结构进行了结构抗爆的近似优化。研究结果表明:双层舱壁结构能够有效避免局部撕裂失效的破坏模式;相同冲击波载荷作用下,双层舱壁结构吸能较大,但结构板材的最大等效塑性应变却比加筋板架小,因而抗爆性能明显优于加筋板架;通过结构抗爆的近似优化可得到抗爆性能更优的双层舱壁结构,可为工程中双层舱壁结构的选型和抗爆防护结构单元的设计提供参考。     

加筋板架抗动能穿甲的等效防护厚度研究

为研究舰船舷侧结构抗穿甲性能,采用有限元分析了两种典型工况下板架的穿甲破坏模式、弹体的剩余速度和板架的变形吸能规律,提出了基于剪切冲塞模式的剩余速度理论计算模型,比较了不同等效计算方法得到的结果,并将理论计算结果分别与相关文献的实验结果和本文的有限元计算结果进行了比较,两者之间均吻合较好。结果表明,加强筋对板架的抗穿甲性能影响较大,而板架的实际等效厚度是决定其抗穿甲性能的主要因素;不同的等效计算方法与模型相对尺寸、弹体冲击速度以及命中位置有关,对于弹体直径相对较大且初始冲击速度较高时,不同的等效计算方法得到的结果基本一致。     

纤维缠绕复合材料实芯球形结构单元耐撞性多目标优化

为了提高纤维缠绕复合材料实芯球形结构单元的耐撞能量耗散性能,在初始结构单元耐撞性分析的基础上,建立以结构单元中心承载圆柱体高径比、球形芯材短轴长轴比以及纤维缠绕复合材料表层壁厚比和缠绕角度为结构优化设计参数,以比吸能效率和冲击峰值载荷为评价指标的多目标优化模型。采用分级递进优化方法将多目标优化模型分解为两级单目标优化子模型,并通过有限元软件Abaqus得到不同子模型的碰撞响应。结合径向基函数构造近似函数模型,并采用第二代非劣排序遗传算法对结构优化设计参数进行两级递进求解,得到耐撞性能最优的结构单元。进一步开展的试验验证和破坏模式分析表明,优化设计后结构单元的耐撞吸能水平得到大幅提高,从而验证了该多目标优化分析模型的有效性。     

一种双体导弹气动特性数值模拟

双体导弹是一种通过弹翼将2个单体导弹机体连接为一体的特殊构型导弹,因此具有独特的气动特性。基于FLUENT软件采用S-A(Spalart-Allmaras)湍流模型分析了单体导弹和双体导弹在不同马赫数及迎角状态下的气动特性,研究了2种构型的气动特性差异。计算结果表明:双体导弹较单体导弹拥有更优的升力能力,但其所受阻力更大,升阻比下降; 2种构型导弹阻力均随着迎角的增大而减小,且马赫数越大其减小幅度越小。     

对相当厚度法设计舰体中剖面结构的探讨

本文通过几型舰的运算结果,指出采用高强度钢的中型水面舰艇,其极限弯矩条件比弯曲应力条件严格。对原相当厚度法,提出以极限弯矩条件代替上甲板强度条件,并结合板与纵骨的稳定性条件的改进相当厚度法。此方法既选择了材料屈服极限,又合理地确定了舰体的相当厚度。     

弯曲载荷作用下复合材料T型接头的失效分析

运用蔡-吴逐步失效判据和黏聚接触模型建立弯曲加载下的T型接头的有限元模型。对复合材料T型接头在弯曲加载下的损伤机理和承载能力进行数值模拟。结合静态弯曲加载实验,揭示T型接头在弯曲破坏过程中的四种失效模式。T型接头的弯曲失效载荷的有限元模型计算结果与实测值吻合较好。     

平流层飞艇气动特性相似缩比分析与风洞试验

阐述了平流层飞艇气动特性天地相似缩比分析设计方法,给出了刚体模型与柔性体模型完成风洞试验需满足的相似准则数,并指导完成两类缩比模型研制及风洞试验。通过对两类缩比模型风洞试验数据的分析,发现平流层飞艇不同充气内压下气动特性规律基本一致,但较刚体模型有明显的差异;柔性特征下的气动阻力系数明显高于刚体,在零攻角状态下甚至高出一倍,引发滚转气动力矩特性出现稳定与发散的本质变化。这对平流层飞艇特别是低压保形下的柔性气动特性评估,克服现有采用刚体气动特性数据或工程估算方法进行“动阻平衡”飞艇总体设计存在较大偏差的弊端,具有重要工程应用价值。     

超燃冲压发动机燃烧室构型优化的试验研究

在直连式超燃冲压发动机试验系统上,通过调节超燃冲压发动机燃烧室壁面扩张角和燃料喷注位置,对燃烧室构型优化进行了试验研究。为了提高试验效率,燃烧室形面调节采用正交试验设计方法进行组织,每个形面进行5种喷注位置的试验,每次试验通过文氏管调节3个当量比的燃料流量。利用试验数据构造燃烧室性能关于构型参数的响应面模型,可用于燃烧室构型优化。通过两次渐进优化获得了性能更优的燃烧室构型,并根据试验数据分析了各构型参数对燃烧室性能的影响,结果表明:优化构型燃烧室的推力增益比基准构型增大了10.4%;燃烧室性能受各构型参数的强烈耦合影响。     

弹道冲击下层合板破坏模式及抗弹性能实验研究

以舰用轻型复合装甲研究为背景,针对不同纤维增强种类(包括玻纤织物 C400、C200、SW220 和芳纶纤维织物T750)以及不同面密度层合板结构,在6.2 g刚性微曲面柱形弹弹道冲击下的防护能力展开实验研究,着重讨论了层合板结构弹道冲击下破坏模式、弹体初始侵彻速度及面密度与抗弹能力和抗弹效率之间的关系,认为不同的破坏模式体现了不同的吸能特性和纤维失效机理.     

大型复合材料空间刚架缩比模型设计方法

缩比模型试验是获取大型复合材料空间刚架力学特性或响应的一种有效途径,其中一项重要内容是缩比模型设计。以大型复合材料空间刚架为研究对象,阐述已有传统方法的局限性;基于离散相似提出结合有限元方法的方程分析法,利用该方法推导大型复合材料空间刚架静力学响应和动特性的相似关系;利用所提方法设计某复合材料龙骨的1/5缩比模型,并通过试验进行验证。验证结果表明,所提方法和推导的相似关系能够用于指导大型复合材料空间刚架的缩比模型试验。