基于砰击载荷的船体梁可靠性分析

基于随机过程理论,建立了船体梁在砰击、波浪及静水载荷联合作用下功能函数的随机过程模型,考虑波浪载荷和砰击载荷幅值的相关性,采用上穿率及并联系统可靠性分析方法求解此随机过程的可靠性.最后通过算例分析了舰船结构的阻尼率、砰击率及相关系数对可靠性的影响,并计算分析了舰船结构各种失效模式的可靠性.分析表明结构的阻尼率决定了砰击载荷对结构可靠性的影响程度.阻尼率较小时,砰击载荷对结构的可靠性影响很大,且舰船结构的受压屈曲破坏是结构失效的主要模式.     

基于VOF法的平底结构自由落体入水砰击载荷模拟

应用动网格技术和VOF方法模拟了平底结构的自由落体入水过程和气-液两相流,得到了平底物体自由落体入水过程的运动特性、砰击载荷特性以及入水空泡演化过程。结果表明:整个入水过程中,平底物体在入水瞬间受到来自液面的砰击载荷最大,砰击面的载荷压力分布中间高两端低;砰击载荷随入水初速的增加而增大;平底物体入水空泡破裂后对上表面造成冲击压力。数值计算方法和结果对入水结构安全性和适应性评估具有实际意义。     

弹性结构入水砰击载荷特性三维数值模拟研究

依据双渐进法建立研究弹性结构入水砰击过程中弹性效应的数值方法。在弹性结构入水瞬态砰击过程中,自由液面速度势满足自由液面的非线性条件,并通过考虑结构运动非线性的伯努利方程将流体域控制方程与结构弹性动力响应方程耦合求解,计算结果与试验结果进行了比较分析。结果分析表明,流固耦合效应对弹性结构入水砰击载荷及结构弹性动力响应影响不可忽略。圆柱体倾斜入水过程中水平、垂向合力在头部入水和尾部入水时刻出现两个峰值;入水角度对船舶入水砰击安全性至关重要。     

楔形体匀速和自由落体水弹性砰击的半解析法求解EI北大核心CSCD

针对二维弹性楔形体入水过程的流固耦合问题,提出一种基于耦合Wagner理论和模态叠加法的半解析解方法。结构湿表面的速度势基于Wagner理论求解并考虑了结构弹性影响。砰击压力根据伯努利方程求解,为提高求解精度考虑了伯努利方程中速度平方项。通过平均弹性速度修正模型推导出附加质量和阻尼矩阵,将其代入固体动力学方程从而建立统一的流固耦合方程,耦合方程通过基于隐式的Newmark-β算法实现求解。通过计算楔形体垂直恒速和自由落体入水两种运动状态,并与基于半解析、数值和试验的文献结果进行了对比,验证了所提理论的可靠性。     

SWATH船在砰击载荷作用下动态响应研究

针对SWATH在波浪中航行时,其湿甲板底部易遭受砰击从而引起船体振动的现象,对SWATH的砰击动态响应和强度进行了研究。利用SWATH在规则波中船波相对运动推导了随空间和时间变化的砰击载荷,采用有限元数值仿真,计算了SWATH湿甲板受砰击载荷作用的动态响应,分析了其位移和应力分布规律;并与静强度法砰击响应进行了比较,对湿甲板强度设计方法进行了探讨,为船舶结构设计提供参考     

基于重叠网格的三维车桥系统气动特性研究

该文基于重叠网格方法,建立了移动列车的数值模型,研究了横风作用下三维车桥系统的绕流气动特性。通过与相关试验和文献对比,验证了重叠网格方法可以较好地模拟列车的运动;然后对横风作用下车桥系统的绕流流场进行分析,讨论了考虑列车运动后车桥气动力的变化。研究结果表明：由于列车风与横风的叠加以及车桥之间的气动干扰,使车桥系统横风绕流流场发生明显的改变;列车运动对前方空气的压缩作用使头车所受气动力最大,同时桥梁气动力也会发生突变。     

基于虚载荷变量的无网格法形状优化的研究

将选择施加在"虚结构"控制点上的虚载荷作为形状优化的设计变量,并将它与无网格Galerkin法相结合来开展结构形状优化研究,采用罚函数法来施加边界条件,通过直接微分法建立了结构形状优化的离散型灵敏度分析算法,利用无网格法研究了节点坐标关于设计变量导数的计算。所提出的算法简单明了,它不仅解决了网格的畸变问题,而且简化了优化模型和迭代流程,并可使结构的受力特性得到进一步的改善。最后用2个工程实例验证了所建立的算法,并得到了形状优化结果。     

柔性材料对爆炸载荷的缓冲效应研究

建立了柔性材料桙钢复合壳体在爆炸载荷作用下应力波传播问题的完备方程组;使用有限元方法完成 了对复合壳体在爆炸载荷作用下应力波传播规律的系列数值模拟,并着重讨论了不同炸药层和柔性材料层厚度 对柔性材料与钢交界面载荷的影响。     

具有隔震构造的安全壳飞机撞击耦合动力响应模拟分析

建筑物隔震构造主要用于削弱地基中地震荷载对上部结构的影响,而来自上部的飞机撞击对于安全壳隔震体系的影响如何是保证核电安全值得探讨的重要问题。为评价核电站安全壳隔震体系与飞机撞击的耦合动力效应,该文提供了一种细致的模拟耦合动力分析的手段,建立了安全壳细致的动力数值模型,针对不同刚度的隔震支座及无隔震条件,进行多种类型飞机撞击作用下安全壳的动力响应分析。结果显示,飞机撞击作用期间,不同刚度的隔震支座与无隔震条件相比,撞击位置中心节点位移与冲击力的大小具有相关性,因而存在差异,而对于安全壳混凝土结构损伤区域分布则差异不大;但在撞击荷载作用后,不同刚度的隔震支座则会对安全壳振动衰减过程有较大影响。研究表明在隔震体系设计阶段,不能片面的考虑隔震体系在削弱地震响应方面的需求,需要与飞机撞击振动衰减过程耦合分析,从而确定适宜的隔震支座水平刚度等参数。     

基于ABAQUS CEL的高速水冲击载荷仿真与试验研究

针对水陆两栖飞机水箱汲水过程中形成的高速水流冲击问题,开展了高速水冲击载荷特性研究。提出了一种基于调节腔内气压的水冲击试验方法,通过调节储水容器内气压改变水流冲击速度,开展高速水流冲击试验研究;运用ABAQUS CEL数值仿真方法,预设水流初始速度,建立高速水流冲击的有限元模型,分析了水流速度和水管端部与平板间距对于冲击压力的影响。结果表明：数值仿真计算结果与试验结果相差不大,验证了该模型的准确性;水流速度越大,平板受到的冲击压力越大;水管端部与平板的间距越大,平板受到的水流冲击压力越小。     

冰球冲击试验的近场动力学方法数值模拟

为了研究近场动力学方法在模拟冰体高应变率破坏行为的可靠性,基于近场动力学理论通过自编程实现对冰球高速冲击力学行为的数值模拟,将计算结果和试验结果进行对比。结果发现:近场动力学方法能准确模拟冰球冲击过程下高应变率破坏的完整过程,对球体表面裂纹扩散以及冰球整体裂解的细节模拟十分到位,且在20~60 m/s速度范围内对冲击载荷预报的幅值最大误差18.2%,均值最大误差18.4%;同时,发现在20~60 ms/中低速冲击过程中,冰球破坏以半球切面为界限,靠近冲击面的下半球体呈粉碎性破坏,上半球体呈碎片状破坏,当冲击速度大于60 m/s后,继续增大速度会使上半球体破坏程度剧烈增大;当冲击速度大于100 m/s,上下半球都呈粉碎状破坏。     

碎屑流冲击棚洞的最大冲击力影响因素研究

棚洞是山区用于保护交通路线免受碎屑流冲击破坏的一种常见防护结构。为了研究碎屑流对棚洞最大冲击力的影响,建立了碎屑流冲击拦挡结构的DEM-FEM耦合数值模型,研究了碎屑流的整个冲击过程,分析了最大冲击力与碎屑流密度、冲击高度、坡度之间的关系,并与室内模型试验结果进行了对比,表明该耦合方法可行。研究结果表明:①耦合模型再现了碎屑流启动加速、冲击、堆积的三阶段过程,摩擦耗能是整个冲击过程中最主要的耗能方式;②最大冲击力与碎屑流密度、冲击高度和坡度依次呈线性、幂函数(指数小于1)和幂函数(指数大于1)正相关;③碎屑流的密度、冲击高度、坡度对最大冲击力的敏感度值分别为1.0,0.63和2.68,在棚洞设计时应优先考虑敏感度值大的影响参数。     

大型飞机地面空调现场测试方法的探讨

大型飞机地面空调往往体积很大,难以实现试验室内的性能测试。本文主要提出一种现场测试方法,供业内人士参考。     

肘形挠性接管冲击特性试验研究

针对肘形挠性接管特殊结构形式,提出了两根相同挠性接管对称或反对称安装测量方案,用于测量其不同坐标方向上的冲击特性。采用阶跃松弛释放法,测量了不同工况下肘形挠性接管冲击振荡的固有频率与阻尼比,从被测试件对应工况时机械阻抗测试曲线中获取了肘形挠性接管的端部等效质量,用于冲击刚度的计算,进而计算出阻尼系数。通过分析不同工况下冲击特性的变化规律,得到了一些初步结论,为抗冲击设计和计算提供了参考依据。     

TC4钛合金板厚度对其撞击失效特性影响研究

为了揭示TC4钛合金板抗撞击性能与失效模式随厚度的变化规律及机理,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立平头弹撞击不同厚度靶板的模型,对弹体撞击不同厚度靶板进行计算。通过对比数值仿真与撞击实验结果,验证仿真模型的有效性。研究结果表明,靶板的主要失效模式、耗能机制、弹道极限随其厚度增加会发生改变,靶板厚度存在对应的转折值。对于TC4钛合金薄板,当靶板厚度比较小时,靶板拉伸撕裂破坏占主导作用。但是,当靶板厚度比较大时,靶板主要失效模式是局部剪切破坏。当靶板厚度小于4 mm、大于8 mm时,弹道极限速度随靶板厚度的增加而增加;当厚度为4~8 mm时,弹道极速度变化不明显。     

飞机应急着陆时的人体冲击响应研究

摘要：本文针对飞机着陆撞击时人体的冲击响应问题,采用11自由度坐姿人体动力学模型,研究了从座椅到人体关键部位的振动传递率,并计算分析了坐姿人体在受到垂直方向上的冲击激励时的冲击响应。结果表明在飞机着陆撞击过程中,人体的腰椎响应较大,容易造成损伤,座椅对人体的支持刚度在冲击过程中对人体的冲击响应有较大影响,设计适当的座椅支持刚度可以减小人体的冲击响应。     

基于支承反力测试的轴承载荷辨识

提出一种水洞中螺旋桨轴系艉支承结构轴承处载荷的辨识原理,该方法通过实测的支承反力反求施加在艉轴承处的作用力。侧重于测试方法的原理描述,通过建立艉支承结构的简化模型,对有预应力的支承结构的载荷-力响应关系进行推导,得到了结构轴承处的载荷-支承反力的解析表达式,然后在此基础上构建轴承处载荷的辨识原理。仿真结果表明,该方法辨识精度较高,可用于水洞中螺旋桨轴系艉轴承处的载荷辨识。     

导弹弹射气体冲击载荷实验与仿真研究

设计一套模拟发射筒内建压过程的装置,使之能够模拟不同建压速度、不同终值压强时的发射筒内建压过程,进而对导弹弹射过程中导弹尾罩和其他结构受到的气体冲击载荷进行地面冷实验。分别对四种不同初始条件下的建压过程进行了实验,并对一种情况进行了数值模拟仿真。结果显示,实验设备通过调节柱塞两侧初始压力差和高压气缸初始压力,可以实现对不同建压速率、不同终值压强的模拟;在建压过程中模拟发射筒内存在明显涡流,尾罩中间部位受压更大,变形时间相较于升压时间存在明显滞后。     

预制破片对厚壁圆管的横向高速冲击作用研究

为了获得厚壁圆管在横向高速冲击下的响应规律,进行了预制破片冲击圆管试验,得到不同冲击速度作用下圆管的响应模态及侵彻深度,并采用LS-DYNA对整个动态变化过程进行了仿真研究,获得了侵彻过程中预制破片的速度变化规律及圆管壁厚和预制破片长径比对极限穿透速度的影响规律。结果表明侵彻深度与冲击速度线性相关;圆管壁厚在7mm-8mm之间时对圆管极限穿透速度影响最大;预制破片长径比低于1.5时,对圆管极限穿透速度有显著影响,但其影响效果随自身的增大而逐渐削弱,当达到3.5左右时极限穿透速度不再变化。     

金属蒙皮飞机冲击威胁研究

飞机服役中会遭受外来物冲击威胁,对机身蒙皮造成冲击损伤。分别对国内南北方两航空公司的飞机维修记录进行了调研,得到了金属蒙皮飞机飞行过程中的冲击损伤分布规律;基于ABAQUS软件建立有限元模型,采用不含损伤的Johnson-Cook本构模型,研究铝板的低速冲击响应特性,设计并实施铝板低速冲击试验,对模型可用性进行了验证;得到了凹坑深度逆向推导冲击能量的计算公式,将损伤凹坑深度数据转化为冲击能量,并估算在一定概率水平下,金属蒙皮飞机可能遇到的最大冲击能量。结果显示,冲击能量较小时,铝板凹坑深度与冲击能量近似为线性关系;在指定的概率水平下,机翼、机身、翼身整体的最大冲击能量分别为21.3 J,25.5 J,33.8 J。