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。     

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.     

局部腐蚀下耐压船体结构振动特性及稳定性研究

为探究局部腐蚀下耐压圆柱壳的承载特性,在均匀深水压力作用下,针对具有局部腐蚀的环加筋圆柱壳的振动特性及稳定性进行了研究,分析了腐蚀参数对振动特性与临界失稳载荷的影响。通过改变腐蚀面积、腐蚀位置和腐蚀深度,利用有限元软件NASTRAN进行系列仿真分析,得到了含有局部腐蚀环加筋圆柱壳结构的振动特性及失稳破坏模式。结果表明:当腐蚀深度大于3mm时,结构开始出现局部振动模态且固有频率单调下降;静水压力作用下带有局部腐蚀的环加筋圆柱壳一阶固有频率的平方与静水压力呈三段线性关系;在临界载荷方面,当腐蚀深度小于2mm时其对结构的临界失稳载荷几乎没有影响,当腐蚀深度大于2mm时临界载荷随即减小。     

潜艇耐压环肋圆柱壳结构可靠性分析

对潜艇耐压圆柱壳结构进行可靠性分析时,首先应研究结构的承载能力,并综合要求、能力两个方面,计算其失效概率和可靠度。在能力方面,本文讨论了５种主要失效模式：肋骨和壳板总体失稳、肋间壳失稳、肋骨屈服、肋间壳屈服和肋骨侧向失稳。考虑了初挠度、屈服应力、弹性模量等７个基本随机变量的影响。在要求方面,结构载荷以确定值处理。本文计算分析了３种艇型耐压圆柱壳结构的可靠性。     

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。     

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。     

复合材料夹芯圆柱壳自由振动研究

为探究某复合材料夹芯圆柱壳的振动特性,采用单点拾振法进行模态试验,并基于有限元方法对该圆柱壳进行了固有频率计算。将实验和仿真对比,发现有限元计算固有频率和实验最大误差为10.65%,模态振型大体一致,振幅曲线吻合较好。基于有限元法研究了长度、半径以及芯材表层厚度分布对该圆柱壳基频的影响,结果表明:长度和半径的增加均导致基频的降低,但长度的变化对基频的影响更显著;圆柱壳基频状态时的振型与几何参数有关,即半径增加,环向波数增多;长度增加,环向波数减少。采用二阶实体单元对芯材进行离散,内外表层相对中面线位移具有对称性,芯材因其自身的弹性处于压缩状态,说明有限元法能有效模拟内外表层横向位移运动情况。     

双壳结构水下耐撞变形吸能特性分析

以潜艇典型舯部结构为例,建立双层壳体结构水下碰撞数值分析模型,探讨了低强度撞击载荷作用下双层壳体的水下耐撞特性和舷间水的防护机理,指出在低强度撞击载荷作用下,舷间水一方面将使撞击区域减小,另一方面又将撞击能量扩散至舷侧结构整体,从而有效改善外层壳板结构的撞击环境,提高其整体吸能能力。在此基础上,进一步分析了不同撞击强度载荷作用下双层壳体的典型变形及破坏模式,讨论了各主要组成构件的变形吸能分布特性,认为在高强度撞击载荷作用下,双层壳体的吸能主要取决于耐压壳体结构,而非耐压壳体结构的耐撞吸能值将随着壳体的破损而趋于稳定。最后,指出水下双层壳体结构的耐撞特性研究可分为3个强度等级,并存在相应的研究重点和内容。     

不同结构形式内置式耐压液舱稳定性分析

为研究内置式耐压液舱稳定性特征,针对内置式环形和平板两种不同的液舱结构形式,在载荷1液舱与外界不连通、载荷2液舱与外界连通两种载荷工况下,通过改变液舱舷间距对液舱结构的稳定性进行了分析比较。结果表明:对于内置式平板耐压液舱,载荷2工况下的液舱顶部耐压壳、底部耐压壳、肋板端部整体的失稳压力临界值均高于载荷1工况;对于内置式环形耐压液舱,载荷1工况下的液舱底部耐压壳的失稳压力值低于载荷2工况,舷间距越大对结构的稳定性越有利;两种载荷作用下,液舱顶部耐压壳的失稳临界压力值远低于液舱底部耐压壳;内置式环形耐压液舱除顶部耐压壳、非液舱壳板外,其他参数的失稳临界压力值均高于内置式平板耐压液舱;随着舷间距的增加,两种结果的失稳临界压力值均有所增加。     

受压带肋圆柱壳体固有振动频率和稳定性计算

论述了丧失舱段总稳定性是潜艇耐压壳体在深潜时的主要破坏模式 .并将振动屈曲理论应用于潜艇耐压壳体稳定性的研究 ,在 Donell公式的基础上 ,导出了带肋圆柱壳体的整体固有振动频率与壳体所受外界水压之间的关系表达式 ,据此解出带肋圆柱壳体整体失稳的理论压力值 .最后 ,将公式的计算结果、实验结果和有限元法的计算结果进行比较 ,得出几点结论 .     

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。     

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。     

潜艇耐压壳抗爆性与壳体材料的韧性要求

为了确定潜艇耐压壳合理的韧性水平,必须同时从结构和冶金的角度,分别搞清壳体母材韧性与焊缝韧性对耐压壳局部抗爆性的贡献。本文利用带肋壳板结构单元模型,对潜艇耐压壳在近距离、小药量局部爆炸下的断裂特征,进行了试验研究。通过对断裂的起裂部位与裂纹扩展路径以及其断口形貌的分析,证实了对壳体材料韧性的要求,主要不在于其抗起裂性能,而应使其具有出色的止裂韧性。     

深水环境下潜艇舯部结构撞击强度数值分析

潜艇结构水下碰撞是潜艇的主要事故形式,也是船舶碰撞最为危险的状态之一。文中首先提出潜艇碰撞问题,对碰撞特征进行分析,然后针对某型潜艇舯部典型结构的撞击极限强度特性进行数值计算,结果显示,由于准静压载荷的附连耦合作用,随着静水压力的增加,潜艇舯部耐压壳体结构的防撞能力将大幅下降,而耐压壳体内部平台和舱壁结构将有效提高壳体结构的横向失稳临界应力,改善潜艇结构的径向耐撞能力。     

反对称铺层碳纤维复合材料圆柱壳的双稳态应力特性

双稳态复合材料可广泛应用于各类可变结构的设计.针对反对称铺层的圆柱壳,利用有限元软件ABAQUS的Standard准静态分析,模拟其双稳态跳变过程和跳回过程,探讨在整个连续过程中圆柱壳上的应力分布情况,以及应力随时间和载荷变化的趋势,从而对该类可变结构的设计起到指导作用.结果表明:该类复合材料圆柱壳跳变过程中最大应力出...     

均匀外压下纵横加筋曲板和圆柱壳的稳定性

建立了纵横加筋圆柱曲板和圆柱壳的弹性稳定性临界压力公式．对文献中关于大直径环肋薄壳的异常及潜艇实肋板带纵骨式耐压液舱壳板的稳定性进行了计算,并探讨筋条的偏心、纵筋数目的奇偶性对壳体稳定性的影响     

圆柱壳体振动特性研究与有限元计算验证

采用解析理论和有限元方法研究计算了圆柱壳体的固有频率与固有振型,发现环向封闭的圆柱壳具有同一节点形式的两种固有振型,对应两种固有振型的固有频率值相同。     

水下爆炸载荷作用下受损加肋圆柱壳的剩余屈曲强度计算

研究了在水下爆炸载荷作用下受损的加肋圆柱壳的屈曲.结合DYTRAN软件和NASTRAN软件计算了水下爆炸载荷作用下受损的加肋圆柱壳的剩余屈曲强度,并且提出了一种结合上述两种软件计算加肋圆柱壳的剩余屈曲强度的方法.数值计算表明,预测结果与实验结果吻合较好.     

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.