夹芯复合材料基座结构设计与强度分析

提出了两型夹芯复合材料基座结构的设计方案,建立了夹芯复合材料基座数值分析模型,通过理论分析确定了影响基座结构刚度和强度性能的主要参数;应用有限元法,分析了铺层方式、支撑厚度和骨架形式等对直支撑基座结构刚度和强度性能的影响规律,计算并讨论了曲率半径对弧形支撑式基座刚度和强度性能的影响;比较了5种夹芯材料基座的结构力学性能,并通过优化设计,确定了夹芯复合材料基座结构形式。     

整体缝合夹芯结构复合材料力学性能

所设计的新型整体缝合泡沫夹芯复合材料结构,能够避免一般斜缝方式引起纤维交叉损坏的弊端。采用真空导入模塑工艺制备整体缝合泡沫夹芯结构复合材料,研究缝合结构、缝合方式以及缝合纱线用量对整体缝合泡沫夹芯复合材料平压力学性能和弯曲性能的影响。结果表明,新型缝合结构在保证平压力学性能的同时,相比于垂直缝合结构弯曲破坏载荷提高了94.4%;穿透缝合方式能够显著提高试样的平压强度和弯曲破坏载荷;随着缝合纱线用量的增加,整体缝合泡沫夹芯复合材料的压缩和弯曲性能显著提高。     

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。     

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。     

水下航行器声隐身状态快速评估方法

针对传统水下航行器声隐身状态评估方法计算时间长、实时性不强的缺点,将评估由数值计算问题变为基于多传感器信息融合的模式识别问题来解决.通过航行嚣水下辐射噪声工程估算方法与模糊支持向量数据描述相结合,提出了水下航行器声隐身状态快速评估模型.利用加速度传感器测得水下类柱体结构表面振动信息.快速估算出其辐射声压.抽取分析频段内...     

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.     

剪切变形对夹芯复合材料悬臂箱梁挠度的影响

为了分析剪切变形对夹芯复合材料悬臂箱梁挠度的影响,推导了夹芯复合材料薄壁箱梁的等效弯曲刚度和剪切刚度,将夹芯复合材料悬臂箱梁等效为具有等跨度等刚度的均质箱梁;利用初等梁理论得到了考虑剪切变形的夹芯复合材料悬臂箱梁的挠曲线方程;分析了剪切变形对夹芯复合材料薄壁箱梁挠度的影响,为复合材料薄壁箱梁的设计提供了理论参考.     

基于遗传算法的复合材料圆柱壳水下声辐射优化

为了降低艇体的振动噪声,建立了复合材料圆柱壳的有限元模型,并对其水下振动和声辐射特性进行了研究。在此基础上,分析了复合材料圆柱壳水下声辐射的优化模型;基于遗传优化算法,以复合材料铺层角度为设计变量,以流固耦合面内辐射声压的最大值为优化目标,进行了优化分析。结果表明:对复合材料圆柱壳的铺层角度进行优化设计可以有效提高其声辐射性能,相比对称铺层方式,优化后的远场辐射声压级在50～300Hz频段内平均降低了3.6dB。该结果验证了优化设计的有效性,为下一步进行大型复杂水下结构的声辐射优化研究提供了一定的思路。     

轻质夹层复合吸声结构的制备工艺和水声性能

夹层复合吸声结构具有很强的可设计性,得到广泛的应用,但以往研究的此夹层结构的吸声芯材存在密度较大的问题。为此,设计了一种轻质夹层复合吸声结构,对该结构的制备工艺特别是芯材的制备工艺进行了设计,用玻璃钢作为表层材料、用柔性环氧树脂和聚氨酯改性环氧树脂的混合物为基体、空心玻璃微珠为填料、593和聚醚胺为固化剂所制备的多孔复合材料作为芯材来制备夹层复合吸声结构,制作了该结构的声学测试试件,在脉冲声管中测试了其水下声学性能。结果表明:所设计的夹层复合吸声结构具有较低的密度和良好的吸声性能,证明了该制备工艺设计的合理性。     

****OFDM水声通信自适应调制算法研究

分析预估信道长度对信道估计算法的影响规律,提出了利用水声通信均衡恢复信号统计量对信道估计质量实时评估的方法,通过信道长度自适应修正机制,实现了对未知水声信道高精度、快速估计;针对水声信道造成的OFDM子载波特性差异,基于信道估计结果,提出了在码元总速率、能量约束条件下,各个OFDM子载波局部速率、功率优化分配的自适应调制算法,相比于传统的等功率、速率分配算法,新算法能够显著提升水声通信系统的误码率性能,通过仿真和实地试验,验证了本文研究内容的有效性。     

OFDM水声通信自适应调制算法研究

分析预估信道长度对信道估计算法的影响规律,提出了利用水声通信均衡恢复信号统计量对信道估计质量实时评估的方法,通过信道长度自适应修正机制,实现了对未知水声信道高精度、快速估计;针对水声信道造成的OFDM子载波特性差异,基于信道估计结果,提出了在码元总速率、能量约束条件下,各个OFDM子载波局部速率、功率优化分配的自适应调制算法,相比于传统的等功率、速率分配算法,新算法能够显著提升水声通信系统的误码率性能,通过仿真和实地试验,验证了本文研究内容的有效性。     

纳米粒子复合微米粉体雷达波隐身涂层研究

采用纳米粒子复合微米吸波粉体方法制备雷达隐身吸波涂层,分别选用纳米Sic、铁酸镍钴和金属钴复合微米羰基铁粉和钴粉。对涂层的雷达波反射率测试结果表明,选用纳米复合方式制成的雷达吸波涂层,有利于展宽吸波带宽或降低峰值反射率,其中用纳米钴复合羰基铁粉涂层最为明显,当定义反射率-频率曲线中小于-5 dB以下的频宽为合格吸波带宽时,纳米钴复合羰基铁粉涂层的最低合格吸波频率可以达到4.8 GHz,较没有纳米复合前有明显降低,对提高吸波涂层的低频段吸波性能作用明显,纳米复合技术为提高吸波涂层的低频吸波性能开辟了新的思路。同时实验也表明纳米复合后对原微米吸波剂吸波性能的改变是不确定的,有的还会使吸波性能变差。因此纳米粉体与微米粉体之间的匹配对吸波性能有较大的影响,这种匹配的关系还有待进一步研究。     

基于表层及芯材阻尼特性的夹层结构导纳分析

针对复合材料夹层板结构,综合开展芯材材料阻尼特性动力学热分析(DMTA)试验、表层玻璃钢和芯材试件阻尼衰减特性研究,通过夹层板结构的模态激振试验得到结构的模态阻尼比。从结构动力学方程出发探讨了影响多自由度系统结构传递导纳的相关参量,试验对比分析了钢质板和复合材料夹层板两型结构的传递导纳特性,并研究了激振点与响应点间距对复合材料夹层结构传递导纳的影响。研究表明:当尺寸和边界条件相同时,影响结构传递导纳的主要因素是结构的固有频率和模态阻尼。试验还得到了复合材料夹层板较钢质板的基频提高值和传递导纳降低均值,该试验结果可为工程设计提供参考。     

基于Langevin型随机共振的水中目标线谱检测

将Langevin型双稳态随机共振系统应用于水声时变线谱信号的检测,提出了设计水声线谱检测系统可以利用的外在参数。在水听器端建立了时变线谱模型,考查了随机共振系统对水声环境的适应能力。实验发现在信噪比变化、声压起伏、线谱漂移等情况下,系统都能较好的工作,为水声领域新型线谱检测系统的设计提供了依据。     

Kelvin模型阻尼层合板的振动分析

基于Kelvin模型粘弹性材料本构关系导出了阻尼层合板的动力学微分方程组,给出了四边简支阻尼层合板的固有频率和损耗因子的解析解。与文献结果比较表明,将Kelvin模型应用于粘弹结构的动力特性问题求解,计算模型简便,且计算结果比常复数模型更为精确。分析了阻尼层参数变化对结构振动特性的影响。分析结果表明:增加阻尼层厚度,可以有效提高结构损耗因子;增加阻尼层材料的剪切模量,结构损耗因子增大到一定值后又逐渐减小,在减振设计中阻尼层的模量存在最佳值。     

MgSO4弛豫吸收对水下强声波脉冲传播的影响分析

对水下等离子体放电强声波脉冲实验测量波形进行FFT变换发现,其能量主要集中在100kHz以下的频段内,在这个频段内,海水中存在的一种盐类——MgSO4(硫酸镁)化学弛豫会造成声波的逾量吸收.本文从包含海水中MgSO4弛豫吸收的修正物质状态方程出发,推导了强声波脉冲传播的新的波动方程,并结合具体的数值算法,对强声波脉冲的传播进行了数值模拟,分析了MgSO4弛豫吸收对脉冲波形的传播及频谱的影响.研究表明,MgSO4弛豫吸收对陡峭的冲击脉冲波形具有平滑和展宽作用,使得脉冲的能量更靠近低频.这种效应与球面波阵面的几何扩散相结合,造成了强声波脉冲能量的逾量损失.