海上风力机基础防护装置在船舶碰撞下的动态响应研究

海上风力机与船舶碰撞机率随着海上风场的发展而逐渐增加。为此,基于非线性动力学理论,采用Ls-Dyna模拟5 000 t级船舶在不同碰撞速度下与4 MW海上风力机单立柱三桩基础碰撞过程,研究橡胶-泡沫铝-钢结构的新型防护装置对碰撞过程中海上风力机结构动力响应的影响,对比分析有、无防护装置下海上风力机与船舶碰撞时系统能量转换、最大碰撞力及碰撞处的应力分布。结果表明:防护装置对塔顶风力机的动力响应抑制效果明显;塔顶正负向最大位移、速度和加速度较之无防护装置时分别减少了56. 4%、27. 2%和44. 2%;较之无防护装置,塔架下端结构变形能大幅降低,塔架撞深减少;防护装置可起到避免碰撞力集中施加于塔架,一定程度上减弱集中应力的作用。     

海上风力机泡沫铝夹芯板防护装置结构抗撞特性研究

海上风能的蓬勃发展及航线密集增大了船舶与风力机的碰撞机率.基于非线性动力学理论,提出泡沫铝夹芯板结构防护装置的概念设计,为验证所提设计防护性能的优劣采用Ls-Dyna模拟3000 t船舶与5 MW单立柱三桩基础海上风力机碰撞过程,在不同船舶速度下对比分析相同厚度不同层数夹芯板防护装置结构抗撞性能.结果表明:厚度相同时,5层防护结构对提高海上风力机安全性具有显著效果,可有效抑制风力机塔顶动力响应;5层抗撞性能优于3和4层结构;船速分别为0.5 m/s、1 m/s及2 m/s时,防护装置初始动能吸收比分别为76.9％、79.7％及78.5％,5层结构的吸能比最高;随船速增加,塔架受到损伤程度加剧,其吸收能量增幅小于初始能量增幅;三种速度下,塔顶最大位移分别为80.8 mm、169.7 mm、375.5 mm,塔顶位移响应与船舶动能变化趋势一致;随初始动能增长,防护装置最大撞深呈线性增长趋势,其增长幅度小于初始动能增长幅度,且随泡沫铝夹芯板层数增加撞深增幅降低.     

海上风力机与船舶碰撞的动力响应及防碰装置

为确保海上风力机支撑结构的安全,设计了4种型式的防护装置。建立了有防护装置的3 MW风力机与船舶碰撞的模型,通过LS-DYNA模拟船舶以不同速度撞击风力机塔架,研究了碰撞过程中有防护装置塔架的动力响应特性,并将其与常规塔架进行对比。结果表明：无防护的塔架变形较大且迅速超过材料屈服极限;在1 m/s、2 m/s、3 m/s速度下,A型防护装置的结构变形能分别是无防护装置的22.13%、23.80%和42.58%,最大接触力是无防护装置的54.38%、54.95%、63.92%;组合型防护装置对风力机响应的抑制效果更好。     

船舶碰撞位置对单桩柱式海上风力机结构抗撞性能的影响研究

随着潮汐涨落、船舶型深及吃水深浅的变化,必然导致船舶与海上风力机碰撞位置的变化。为研究碰撞位置对海上风力机结构抗撞性能的影响,建立基于国内某单桩柱式3 MW风力机整机模型,采用显式动力学理论并结合非线性有限元方法,模拟5 000 t级船舶以不同速度撞击海上风力机不同位置的动力响应过程,通过支撑结构的应力及撞深、塔顶响应分析风力机结构的抗撞性能。结果表明:随着碰撞位置越高,接触时间越长,最大接触力也越大;碰撞点较低的支撑结构变形能和撞击深度大于碰撞点较高的位置;船舶速度为1 m/s时,碰撞位置越高塔顶风力机位移和加速度响应越大,当速度为4 m/s时,塔顶风力机响应幅值随着碰撞位置的上升而减小。     

三种海上风力机支撑基础与船舶碰撞的动力响应分析

建立了5 MW海上风力机与船舶碰撞模型,采用非线性动力学理论,对比和分析3种海上风力机支撑基础在不同速度船舶撞击下结构的抗撞性能及塔顶的风力机响应特性。结果表明：相对于三角架基础和导管架基础,单柱基础海上风力机位移和加速度响应更加明显;碰撞过程中,不仅碰撞区域发生变形,而且管桩连接部位、斜撑杆交叉处也有较明显的应变产生,应在设计过程中对这些部位进行加固。由海上风力机支撑基础撞击深度和接触力可知,导管架基础的抗撞性能最好。     

基于VMD方法的海上风力机结构TMD抗震

为研究大型单桩式海上风力机结构的TMD振动控制效果,采用实测地震发生时土壤位移时域响应作为地震激励,通过文克尔模型及p-y曲线法构筑的非线性土-构耦合模型模拟土壤中地震释放的能量传递给风力机的过程,以NREL 5 MW大型单桩式海上风力机为研究对象,建立有限元模型,研究TMD对支撑结构在突发地震时的作用及瞬态动力学响应,并采用VMD方法对时域结果进行分析,从不同频带分析TMD对海上风力机的控制效果。结果表明,突发性地震导致塔顶发生大幅剧烈震颤,机舱加速度激增。地震发生时,TMD与风力机塔顶的位移响应形成明显相位差是其实现对风力机在地震发生时被动控制的主要机理,TMD对塔顶位移及机舱加速度响应的高频带分量控制效果更好,保证塔顶诸多重要部件的稳定运行。     

泡沫铝夹芯结构机床立柱多目标优化设计

为探索提高机床综合性能的新途径,提出了泡沫铝夹芯结构立柱新构型.首先,选取XK714数控机床立柱为原型,运用等刚度设计理论和轻质性设计理论初步设计泡沫铝夹芯结构机床立柱;然后,运用多目标优化设计的方法对泡沫铝夹芯结构机床立柱进行优化设计;最后,对原型立柱和优化前后的泡沫铝夹芯结构立柱的静、动、热态性能及轻质性进行对比分析.结果证明:泡沫铝夹芯结构机床立柱在提高机床立柱乃至整机的静、动、热态性能及轻质性方面的有效性.     

微型车门槛梁侧碰安全性仿真研究

针对微型汽车在侧面碰撞时,门槛梁和立柱变形较大的问题,采用Hyperworks和LS/DYNA有限元软件,研究了闭孔泡沫铝填充门槛梁结构对微型汽车的侧碰安全性。根据门槛梁的结构特点填充闭孔泡沫铝,并依据C-NCAP侧面碰撞法规进行了非填充和填充闭孔泡沫铝门槛梁结构的整车有限元模型进行了数值仿真,分析两种结构下门槛梁的变形情况和侵入量、侵入速度等参数对时间的曲线。研究结果表明:填充闭孔泡沫铝的门槛梁结构变形量小,侵入量大幅度降低,具有更好的碰撞安全性,在改善汽车的侧面碰撞安全性具有较好的应用前景。     

泡沫铝结构对其拉伸力学性能的影响

研究了开孔与闭孔两种胞孔结构的泡沫铝在不同相对密度下的准静态拉伸力学性能,并与单向压缩性能进行了对比.结果表明：开孔和闭孔泡沫铝的拉伸曲线由线弹性变形段和塑性变形段组成,线弹性变形段很短,塑性屈服中没有出现明显的屈服点;高密度的开孔泡沫铝的杨氏模量、抗拉强度较低密度的闭孔泡沫铝要大;随着相对密度的增大,两种结构泡沫铝的力学性能均明显增强,符合Gibson和Ashby关系式,泡沫铝在准静态下的抗拉强度比抗压强度略低,而拉伸杨氏模量比压缩杨氏模量大得多.     

空间相机用爆炸螺栓防护装置

根据爆炸螺栓防护装置对结构尺寸的需求,设计了一种并联式联接结构的防护装置。结合爆炸螺栓阶梯状外形,采用防护挡板吸能变形的方法实现了星上爆炸螺栓的防护。研究了材料应力应变曲线在屈服阶段的特点,建立了以强度极限为衡量防护是否失效的阈值,以破坏应变与塑性应变的比值为评价防护装置安全性能的标准。然后,采用Abaqus/Explicit对防护装置的防护性能进行了碰撞仿真分析。最后,通过爆炸螺栓解锁试验验证了防护装置的防护性能。碰撞仿真分析表明:防护螺杆最大应力为897 MPa,小于该批次TC4材料的强度极限;最大塑性应变为2.2%,小于材料许用塑性应变2.6%;说明该防护装置在爆炸螺栓撞击下未发生破坏,具有足够的安全系数。爆炸螺栓解锁试验表明:防护挡板有轻微残余塑性变形,防护装置各零件结构完整、无破裂现象发生。这些结果说明:该防护装置结构紧凑,且能够安全有效地实现爆炸螺栓防护。     

海上超大型风力机结构动力学响应及稳定性研究

为研究不同运行方式对湍流风及地震作用下海上风力机动力学响应及稳定性影响,以DTU 10 MW海上单桩式风力机为研究对象,采用p-y曲线描述桩基与海底土壤之间的相互作用,基于有限元软件Ansys建立风力机有限元模型,并对其进行结构模态、动力学及屈曲分析.结果 表明:塔架模态振型以扭转和弯曲振动为主,其一阶固有频率介于理想...     

泡沫铝芯体冲击力学性能试验研究

基于马歇特落锤实验原理，设计与开发出具备测试与数据采集分析功能的高过载冲击试验系统，并运用该设备研究了反复冲击条件下泡沫铝芯体的耐冲击能力和应力-应变响应特性、吸能特性与反复冲击次数的敏感性。实验结果表明：泡沫铝芯体的动态应力应变曲线也具有泡沫材料的应力应变曲线的“三阶段”特征，泡沫铝芯体具有更高的良好的缓冲吸能特性，且该特性随着泡沫铝芯体细长比的增加而增强。     

一种薄壁梁加强结构及其动态抗弯性能分析

针对大客车车身骨架侧墙立柱薄壁梁结构侧翻耐撞性能薄弱的特点,提出了一种等强度贴板加强立柱梁结构.采用LS-DYNA软件对单根悬臂方管在侧向冲击载荷下的动力响应进行了数值模拟,比较分析了不同加强方式下立柱的抗弯性能.结果表明,与薄壁方管、贴板薄壁方管和泡沫铝填充方管相比,等强度贴板方管立柱的吸能性能(或比吸能)显著提高,整体结构在指定冲击位移内充分参与变形,没有出现因局部塌陷而产生的塑性铰,说明这种加强立柱结构是客车侧翻耐撞性立柱的良好型式.     

泡沫铝结构改善汽车侧碰安全性研究

优秀的吸能结构设计是提高汽车碰撞安全性的一种重要途径,泡沫铝材料具有高比吸能和轻质的特点,适合用作汽车吸能结构元件。对泡沫铝材料与薄壁铝管组成复合结构的各因素变化对吸能和汽车抗撞性的影响规律进了研究,报告了汽车侧面碰撞关键结构中对提高汽车安全性的影响关系以及轻量化作用。进行了实例车型侧碰关键结构的高速冲击碰撞实验,以及有限元模型仿真计算,验证了泡沫铝复合结构大大提高汽车安全性的效果,达到降低侧碰关键结构的最大加速度和减少驾驶仓侵入量的目的。     

某纯电动客车侧翻安全性分析与改进

针对纯电动客车侧翻安全性问题,以有效开展纯电动客车侧翻仿真为目标,建立了某纯电动车客车的车身有限元模型,根据侧翻碰撞法规对纯电动客车进行了侧翻仿真,分析了电动客车车身、电池系统在碰撞过程中的变形情况,评价了动力电池系统在碰撞过程中的安全性,指出了侧翻时侧围后立柱结构吸振能力弱等影响安全性的缺陷。通过填充泡沫材料改进了纯电动客车的侧翻安全性。     

闭孔泡沫铝在圆柱形平压头下的压痕性能

采用圆柱形平压头对闭孔泡沫铝进行了压痕试验,研究了压头直径、泡沫铝相对密度及边界条件对压痕响应、压痕硬度、吸能特性等的影响,并与单向压缩试验结果进行了对比.结果表明:闭孔泡沫铝压痕试验的应力-应变曲线与其单向压缩时的相似,但压痕试验时的屈服强度显著高于单向压缩时的;压痕试验时泡沫铝的变形被严格限制在压头之下,并且是局部的不均匀变形;压痕试验时泡沫铝的撕裂能和能量吸收效率不随压头直径和泡沫铝相对密度的变化而变化;压痕硬度随压头直径的增加而线性减小,随相对密度的增加而线性增大;其吸能能力分别随压头直径及相对密度的增加而线性增大;压痕深度在一定范围内(小于6 mm),刚性基础和筒支边界条件对泡沫铝在圆柱形平压头作用下压痕响应的影响可以忽略不计.     

泡沫铝夹芯柱体材料在汽车保险杠中的应用

通过把新型的泡沫铝夹芯柱体材料汽车保险杠和传统的钢管材料汽车保险杠在碰撞时的吸能性能进行对比,发现两种材料保险杠碰撞时的吸能性能方面,前者远远优于后者,从而为汽车保险杠材料的改进提供了依据。     

地震诱导紧急停机状态下近海风力机动力特性研究

为研究超大型单桩式近海风力机在紧急停机状态下的动力学特性，以DTU 10 MW单桩式近海风力机为研究对象，建立风浪相关的湍流风-波浪-地震载荷多物理场模型，通过p-y曲线法、Q-z曲线法及Winkler模型构建土-构耦合模型，对比研究其在正常运行、停机及紧急停机状态下的动力学特性。结果表明，风力机在停机状态下受地震载荷影响最大，较未发生地震，其塔顶前后向及侧向位移极差分别增加249.22%及1 869.14%,支撑结构剪应力峰值增加约333.33%。在进行紧急停机操作时，由于叶片变桨作用，致使支撑结构剪应力及塔架应变能大于同时刻正常运行状态。紧急停机操作，加大了塔顶位移范围，使塔顶振动中心向湍流风来流方向偏移，同时有效缓解风力机在外部载荷作用下所造成的支撑结构剪切力激增及塔架前后向应变能集聚现象。     

闭孔泡沫铝力学特性及其在汽车碰撞吸能中的应用研究进展

汽车低能耗、安全和轻量化已经成为汽车领域研究的热点问题,闭孔泡沫铝作为一种轻质吸能金属材料,在低密度下具有良好的比刚度和比强度,同时具有良好的抗冲击性和能量吸收性,已逐渐引起汽车产业界地重视。简述泡沫铝单轴压缩试验中弹性模量、抗压强度、屈服强度、平台应力、致密化应变等参数的定义和试验标准;综述闭孔泡沫铝的本构方程的研究现状,重点讨论屈服面模型;总结泡沫铝的微观结构有限元建模方法,比较商业软件中集成的宏观材料模型。归纳吸能材料的特点,分析闭孔泡沫铝的吸能能力和抗冲击能力;综述应变率和冲击速度对泡沫铝吸能特性有无影响的研究进展,并对可能存在的影响进行解释。总结闭孔泡沫铝在汽车轻量化和碰撞安全性领域的应用,具体分析典型的案例。指出当前闭孔泡沫铝的力学特性及其在汽车结构中应用存在的问题与难点,总结并提出本研究领域可以借鉴的研究方向。     

泡沫铝夹芯结构高速移动工作台研究

为满足高速、超高速加工对机床移动工作台轻质高动态性能的要求,设计了以铸铁为面板、泡沫铝为芯体材料的夹芯结构移动工作台,并利用有限元分析软件研究了该工作台的静、动态特性。研究结果表明与传统铸铁材料工作台相比,泡沫铝夹芯结构移动工作台具有质量轻、固有频率高、谐振响应幅值低等特点,从而证明了泡沫铝夹芯结构工作台在高速、超高速加工中应用的可行性和优越性。