基于修正CS模型的船用低碳钢动态力学性能研究

为了得到船用低碳钢的动态力学性能及本构关系,运用静态试验机及分离式Hopkinson压杆加载装置,在应变率为0.000 2~3 900 s-1范围内得到了准静态拉伸及动态压缩条件下的应力应变曲线,对Cowper-Symonds材料模型进行了修正,得到了两种形式的本构关系,并讨论了模型的适用性。结果表明:船用低碳钢具有明显的应变率强化效应和非线性应变硬化效应;两种动态本构关系可以描述材料在冲击荷载下的力学性能;模型在高应变率(2 000 s-1)下的使用应慎重。     

船用钢/聚氨酯夹层板动态压缩本构关系研究

基于Ansys/LS-DYNA对SHPB实验技术进行了数值模拟,分析了不同厚度比的钢/聚氨酯夹层板在多种应变率下的动态压缩力学性能,在此基础上分别基于ZWT模型和Johnson-Cook模型建立了此类夹层板的动态压缩本构方程,并对2种方程进行对比分析。研究表明,钢/聚氨酯夹层板对应变率非常敏感,屈服强度随应变率的增大而显著提高;基于Johnson-Cook模型构建的钢/聚氨酯夹层板动态压缩本构方程能比较精确的描述不同厚度比的钢/聚氨酯夹层板在高应变率下的应力应变关系,方程具有一般性且精度较高。     

450MPa级船用钢冲击实验研究及Cowper-Symonds本构模型

应用SHPB实验技术,对450MPa级船用钢进行冲击实验研究,建立了材料的Cowper-Symonds本构模型.冲击实验发现,450MPa级船用钢的动态流动应力在变形过程中,具有二次非线性强化规律、存在强化转折点.当材料的变形小于转折点的应变时,动态流动应力随应变的增大而增大;当材料的变形大于转折点的应变时,动态流动应力随应变的增大而减小.文中还对Cowper-Symonds本构模型的适用范围进行了讨论.     

船用DH36钢屈服强度温度依赖特性研究

屈服破坏是船体结构失效的主要模式之一,屈服强度的变化会给船体结构设计带来重要影响。研究了船用DH36钢屈服强度与温度的依赖关系。通过低温拉伸试验,确定船用DH36钢在-60～10℃范围内的屈服强度,由自定义函数拟合得到屈服强度与温度的依赖关系,并从微观角度对这一现象进行了解释。结果表明,船用DH36钢在-60～10℃范围内的屈服强度随着温度的降低而升高且服从指数规律,在-60～-20℃范围内船用DH36钢的屈服强度对温度的敏感性高于-20～10℃时的屈服强度。     

船用夹层板芯材的动态力学性能实验研究

基于分离式霍普金森压杆实验装置,对船用夹层板系统(SPS)的芯材-聚氨酯弹性体的动态力学性能进行了实验分析。在实验满足一维、均匀性的前提下,计算得到了聚氨酯弹性体在不同应变率下的应力—应变关系,讨论了试样尺寸对结果的影响;考虑聚氨酯弹性体不同于金属的动态力学性能,以及准静态力学性能与动态力学性能的差异,确定运用朱—王—唐(ZWT)方程描述聚氨酯弹性体的本构关系,能够准确反应聚氨酯弹性体的非线性粘弹性特性,拟合结果与实验结果吻合较好。     

考虑应变率效应的船体板格冲击动力响应与结构强度准则研究

针对承受冲击载荷的船体板格,提出一种考虑材料动态特性的失效评估准则,并采用LS-DYNA对其合理性进行了验证。此方法考虑了材料的应变率效应对其屈服强度特性的影响以及冲击时间临界值对船体板格最大永久变形的影响,反映了结构动态失效行为特征,具有一定的工程意义和参考价值。     

船用钢应力-应变关系的数学表达及其在计算加筋板屈曲应力中的应用

本文将船用钢拉伸实验曲线从比例极限到屈服极限的非线性段,用一个含有四个参数的幂函数来表达。对7种常用的船用钢的拉伸实验数据进行了曲线拟合,通过误差分析,验证了上述方法的可用性,进而得到船用钢应力-应变关系的数学表达式。还根据船用钢的特性,计算加筋板在非线性阶段的梁柱屈曲应力,对具体材料将给出更精确的结果,最后与JTP和NK规范以及文献[1]的结果进行了对比。     

船用917钢抗冲击性能试验

无论金属材料或是非金属材料,其力学性能都是与应变率相关的.由于应变率历史效应以及在高速变形条件下产生绝热剪切带等不稳定性因素,使得材料对于高应变率响应的问题变得十分复杂,而一些实验方法则起到了重要作用.材料的本构关系是与水下爆炸等现象仿真研究的精度直接相关的,材料在高应变率下本构关系的确定,对水下爆炸等产生高应变率现象进行仿真研究具有重要意义.本文通过Hopkinson杆装置对船用917低磁钢进行了抗冲击性能研究,并由试验给出了仿真研究中适用的本构关系.     

基于近场动力学的船用钢受破片冲击研究

为了研究船用钢在非接触式爆炸产生破片冲击下的相关响应模式,更好地提高舰船船体抵抗破片冲击能力,基于近场动力学方法对船用钢受立方体破片冲击的工况进行研究。首先,结合近场动力学理论改进损伤数指标,建立符合船用钢材料规范的船用钢受立方体破片冲击模型;其次,对船用钢在受到不同速度和冲击方式的立方体破片冲击的工况进行物理冲击试验和近场动力学数值模拟,结合数值模拟后的优化损伤图和物理冲击试验后的失效图分析各工况下钢板的失效模式,同时选取船用钢被贯穿失效后的应力图进行各贯穿阶段应力变化分析;最后,使用无量纲法结合线性回归法分析船用钢受破片冲击的临界贯穿速度影响规律。在破片冲击方式对船用钢影响程度方面,立方体破片以棱边对船用钢冲击的工况中钢板损伤程度比以面和尖角冲击的工况分别高出44.6%和29.9%;在破片临界贯穿速度影响规律研究方面,分别得出误差率小于4%的立方体破片以棱边、面、尖角冲击钢板的极限贯穿速度经验公式,并得出在同样条件下立方体破片以棱边对船用钢冲击所需临界贯穿速度最小。采用该近场动力学方法进行破片冲击船用钢的数值模拟研究具有高适用性和准确性,在对船用钢板强度分析时应注重研究立方体破片以...     

冲击载荷作用下Q345钢失效应变与单元尺寸关系研究

冲击载荷作用下结构的损伤破坏仿真计算中，材料的失效应变取值与单元尺寸具有很大的关系。为建立冲击载荷作用下结构失效应变与单元尺寸之间的关系，本文以开展的Q345B钢各类力学性能试件（压缩、扭转、拉伸等）获取的材料失效应变为依据，借助数值仿真手段，研究各类试件网格尺寸对失效应变影响关系，并进一步依托开展的弹体穿甲试验、简单方板冲击试验、近场爆炸下舰船毁伤破坏试验，建立三类典型冲击问题中单元失效应变取值与尺寸之间的对应关系。计算结果表明：网格尺寸对单元失效应变的影响主要在于单元尺寸可改变结构变形过程中局部塑性变形分布区域的分布度；不同冲击载荷作用下，由于所使用的单元类型及受力状态存在一定的差异，需针对各类冲击问题分别建立单元失效应变与网格尺寸之间的关系。研究成果可为后续数值仿真计算中单元失效应变的选取提供指导。     

10CrNi3MoV船体钢力学性能的聚类分析

运用多元统计分析中的聚类分析方法,对10CrNi3MoV船用钢的力学性能进行了统计分析,通过数值计算评价钢材的综合性能,并按照分析结果对该船体钢的质量进行分类,以便深入掌握船用钢的质量状况,为完善船厂的质量管理及保证体系提供切实有效的方法和途径.首先,选取钢材的强度、塑性和韧性作为分析对象,包括屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率和冲击功等五项性能指标.根据船体钢强度、塑性与韧性相互之间的制约关系和相关的钢材验收标准,结合船体钢力学性能试验数据分析结果,提出了船体钢最优综合性能评价标准.然后,运用马氏距离和离差平方和法对16张合格钢板的力学性能进行了聚类分析,获取了钢材综合性能聚类树图,此分类情况下的相干系数为0.7118.通过分析,获得下列结论:(1) 运用聚类分析方法对钢材力学性能进行统计分析以评价钢材质量具备可行性.(2) 对于10CrNi3MoV船体钢,提出最优综合性能评价标准.其屈服强度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率和冲击功分别为:667.5MPa、760MPa、23%、72%和183J(-20℃).(3) 各项性能指标都合格的钢板,其综合性能也存在差异.选取的16张合格钢板中,性能较佳的占31.25%,性能一般的占56.25%,性能较差的占12.5%.(4) 成分相同的钢板相互聚类的达到68.8%,表明了化学成分是影响钢板综合性能的一个主要因素.     

冲击载荷作用下预紧力螺栓强度特性研究

对冲击载荷作用下的预紧力螺栓进行强度分析,对比分析螺栓联接结构在横向冲击和纵向冲击以及不同预紧力和不同冲击载荷工况下的螺栓强度和结构响应,验算了某舰用汽缸在冲击载荷作用下的螺栓强度。研究表明,螺栓联接在冲击载荷作用下,螺栓的应力响应随着预紧力的变化而变化,且受剪螺栓的预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大;受拉螺栓的强度会随着其预紧力的增大而变薄弱;同时受剪拉作用的螺栓,当预紧应力在其材料屈服极限的40%左右时,其强度最大。     

船用焊缝金属屈强比对船舶质量影响及选取原则

船用焊缝金属屈强比对船舶的质量和安全有至关重要的影响。屈强比即为屈服强度和抗拉强度的比值,焊接屈服强度描述了焊接焊缝发生屈服现象时的屈服极限。本文针对船用焊接材料的屈强比进行详细的分析和比较,并建议可以在船舶领域国标中加入对屈强比的要求,以保证船用焊接材料的可靠性并能够保证船舶重要结构件的质量。     

船用泡沫铝夹层板在低温下的冲击动态响应研究

泡沫铝夹层板具有良好的动态能量吸收性能,在极地船舶抗冲击防护方面具有巨大的潜在应用前景。文章利用ABAQUS有限元软件,结合准静态拉伸压缩材料试验,建立了船用泡沫铝夹层板的低温动态冲击数值仿真模型,研究了其动态冲击响应与抗冲击性能,并采用Instran 9350落锤冲击试验机对数值仿真模型进行了试验验证。在此基础上,研究了低温和冲击能量对船用泡沫铝夹层板动态冲击响应的影响。结果表明,随着冲击能量的增加,常温和低温条件下船用夹层板的冲击力峰值、最大挠度和最终挠度遵从乘幂增长规律。与常温相比,低温下船用泡沫铝夹层板的面板变形较小,且随着冲击能量的增加,低温的影响更为显著,即船用泡沫铝夹层板在低温下具有更好的抗冲击性能。     

1Cr18Ni9Ti钢的抗冲击性能实验研究

材料本构关系的准确程度对结构数值仿真分析的结果影响很大。对于受冲击载荷的金属结构,材料特性还与应变率关系密切。通过分别采用Hopkinson压杆实验系统与WDW3050微控电子万能试验机进行了1Cr18Ni9Ti钢的动态与静态性能测试,得到了本构方程的表达式,为后续的结构抗冲击仿真分析提供了较为准确的数据。     

不同屈服准则对完好管道失效压力的影响分析

依据变形失稳和有限应变理论,在考虑应变强化效应的基础上,得到了不同屈服准则的完好管道失效压力计算方法.基于统一屈服准则的管道失效压力解析解,结合完好管道实际爆破压力数据,得到不同材料属性的管道内压失效时适应的屈服准则.根据不同应变强化指数的管道内压破坏屈服准则差异性,对失效压力解析解进行改进,通过与现有试验结果的比较,改进的解析解预测的失效压力与实验结果吻合较好.     

980钢焊接节点疲劳试验

疲劳寿命与材料、节点形式、焊接工艺，以及应力应变水平有关。当交变应力水平超过材料的屈服极限时，疲劳试验载荷作用的频率对疲劳寿命将会影响很大。采用应变控制方式进行疲劳试验，可以降低载荷频率对疲劳寿命的影响。本文根据应力水平大小，分别在应力和应变两种不同的控制方式下完成了980钢板对接焊节点、T型焊接节点和大角度对接焊节点的疲劳试验工作，得到了980钢在一定焊接工艺条件下的应力-寿命和应变-寿命结果。为980钢焊接结构的疲劳强度设计提供了依据。     

固溶温度对弹性体材料组织和性能的影响

对力学传感器弹性体材料05Cr17Ni4Cu4Nb在热轧态及不同固溶温度下进行加热,水冷480℃时效后的组织和力学性能进行了分析。结果表明：热轧态05Cr17Ni4Cu4Nb钢具有较高的力学性能,抗拉强度为1 288 MPa,屈服强度为1 118 MPa,硬度为38 HRC～40 HRC,塑性指标较低,热轧480℃时效可以提高试验材料的强韧性;热轧态05Cr17Ni4Cu4Nb钢组织为马氏体、残余奥氏体和少量的δ-铁素体,05Cr17Ni4Cu4Nb弹性体材料强韧性较好的固溶温度为1 040℃,在该温度加热后进行水冷480℃时效处理,试验材料获得的抗拉强度为1 326.0 MPa,屈服强度为1 272 MPa,延伸率为15%,断面收缩率为60.5%,硬度为43 HRC,冲击功为57 J;不同温度固溶处理480℃时效后,试验材料的组织为回火马氏体、残余奥氏体和富铜相及碳化物相。     

低温环境下Q690高强钢断裂韧性参数的试验与数值研究

考虑到北极寒冷的气候环境特点，采用夏比冲击试验和三点弯曲试验研究了名义屈服强度为690MPa的Q690高强钢的低温冲击韧性和断裂韧性，并基于试验结果建立了夏比冲击能与CTOD之间的非线性关系。基于CGM有限元方法研究了屈服强度、硬化指数、试样厚度和焊缝强度匹配系数对Q690高强钢母材和焊接试样CTOD阻力曲线的影响。结果表明，温度对夏比冲击能和CTOD的影响符合Boltzmann函数规律。低温使高强钢的韧性降低，脆性增强。根据Boltzmann函数，得到了Q690高强钢的韧脆转变温度，可作为寒冷地区工程材料选择的参考标准。硬化指数、试样厚度和焊缝强度匹配系数对高强钢母材和焊接试样的阻力曲线影响较大，而屈服强度影响相对较小，这对高强结构钢的选材具有重要的参考意义。     

混凝土动态直接拉伸实验相关问题研究

混凝土材料的动态拉伸应力应变曲线是其动态力学性能的重要部分.由于实验装置的限制,混凝土的动态拉伸性能主要通过巴西圆盘实验和层裂实验间接进行研究.论文借助大直径分离式霍普金森拉杆实验装置(Split Hopkinson Tension Bar,SHTB)对混凝土进行了动态直接拉伸实验,介绍了试件的连接和应力波的加载,对判断低加载率下试件的破坏形式进行了分析和研究.