高速船舶结构设计中流体冲击载荷的数值计算

采用混合欧拉－拉格朗日数值方法计算高速船舶撞水时的流本冲击载荷,基于定理,采用线性边界元方法和非线性液面修正技术,考虑船舶的实际形状,数值模拟了肥大船型和球鼻艏船型的二维撞水过程,计算得到高速船舶实际撞水状况的流体冲击载荷大小及其分布,与实验结构吻合,为进一步安全设计高速船舶结构了理论基础。     

多层冲击防护结构设计与优化方法研究

多层冲击防护结构是一种有效且性能提升潜力较大的空间碎片防护方案。本文介绍了多层冲击防护结构的特点和设计方法,并利用AUTODYN软件对弹丸超高速正撞击多层冲击防护结构进行仿真计算,初步对防护屏几何结构参数进行了优化选择,最后从多层冲击防护屏前板构型和材料选择两个方面出发,对多层冲击防护屏的其它改进方法进行了探讨。     

冲击速度对开孔泡沫金属冲击动力学性能影响

利用有限元软件ANSYS中的LS-DYNA模块,建立起了泡沫金属胞元方孔模型,采用能更好反应实际情况的幂函数塑性模型,研究了冲击速度对泡沫金属冲击动力学性能的影响,对泡沫金属在冲击载荷作用下的应力传递和分布以及变形过程进行了数值模拟,分析了冲击速度对泡沫金属应力传递和分布以及变形的影响。研究表明,随着初始撞击速度的提高,泡沫铝屈服强度有所提高,应力传递速度和接触端面处的泡孔变形速度加快。     

非对称壳体对聚能射流形成影响的数值模拟和试验

利用数值模拟与试验相结合的方法研究壳体厚度非对称对聚能射流的影响。模拟和试验结果表明,由于壳体两侧厚度不对称,生成的射流偏离轴线且射流方向趋向于壳体较薄的一侧;装药两侧壳体的厚度差异越大,射流弯偏离轴线程度越大,出现断裂的时间也越早;在非对称壳体的条件下,射流呈现头部和尾部横向速度较小,中后部横向速度较大的现象。     

A320撞击刚性靶体的数值模拟及冲击载荷工程模型验证

利用通用显式动力学分析程序LS-DYNA模拟了空客A320与刚性靶体的碰撞过程,获得了飞机以不同速度撞击时的冲击载荷.通过与修正的Riera公式计算的冲击载荷对比,确定了Riera公式和冲击载荷工程模型中修正系数α的取值,并获得了α与撞击速度V₀的对应关系.根据飞机的压损载荷冲量与冲击载荷冲量之比,确定了冲击载荷工程模型中冲击载荷系数γ的取值,并获得了γ与撞击速度V₀的对应关系.工程模型与数值模拟计算的冲击载荷曲线吻合较好,验证了冲击载荷工程模型的合理性,为空客A320及相似结构飞机的冲击载荷曲线计算提供了依据.      

强冲击载荷下氧化铝陶瓷破坏特性的数值模拟及实验研究

利用一级轻气炮对氧化铝陶瓷靶板进行平板撞击实验,采用VISAR测量系统获得了陶瓷试件自由面运动速度历史和Hugoniot弹性极限;拉氏实验中采用锰铜压阻传感器测量得到靶板内的应力时间曲线;结合实验数据,得到了压力（应力）比容关系,拟合了氧化铝陶瓷Hugoniot曲线;Hugoniot曲线在在低压下具有典型的弹塑性形变过程,高压下才进入类流体形变过程,低压区与高压区的转折点大约在11.4GPa.利用非线性动力学有限元软件建立计算模型,选用合适的模型参数,模拟了陶瓷靶在高速冲击下的动态破坏过程,给出了不同时刻靶板的变形特征和不同冲击速度下靶板内的应力波形曲线,与实验曲线有较好的一致性;并分析了碰撞过程中陶瓷靶的破坏形态及其破坏机理.     

强冲击载荷下多孔钛动态力学性能实验及数值模拟

对多孔钛在强冲击载荷下的动态力学性能进行了实验和数值模拟研究. 通过一级轻气炮分别对孔隙率为30%的试样以及孔隙率为20%的试样进行冲击加载,得到了多孔钛在强冲击载荷下的冲击压力与时间的关系以及其他相关数据. 实验测试结果表明,冲击压力会因试件中孔洞的影响而发生衰减;多孔钛的压力峰值没有产生应力平台,显示出了强烈的衰减特性以及应变率相关的黏弹性特性. 本文同时依据实验,利用有限元程序对多孔钛的平板撞击实验进行了数值模拟,所得到的压力-时间曲线以及其他重要参数与实验值吻合较好.      

单盘转子系统受强动载荷作用的刚-塑性动力学响应

通常转子系统的响应分析是在弹性变形假设下进行的,但当转子受到强动载荷撞击时将产生塑性变形。本文结合转子动力学和塑性动力学,分析了单盘转子受强动载荷作用时的刚-塑性动力学响应。首先,将单盘转子系统简化为中间带质量块的简支梁,给出了在阶跃载荷作用下系统的各阶段响应模式。在此基础上,详细讨论了单盘转子在跨度中点受撞击时的动力学响应完全解,并结合龙格-库塔法得到了单盘转子的瞬态变形。所得结果可为转子系统的动力响应和失效分析提供依据。     

冲击载荷作用下圆柱形压力容器压力载荷特征分析

在高压物理和高压合成新材料中,经常会用到压力容器。本文目的是研究两端具有端盖密封的圆柱形压力容器在中心爆炸冲击载荷作用下的压力载荷特征,为压力容器设计及工作能力的评估提供一定的依据。为此,笔者采用NND方法对圆柱形压力容器的流场进行了数值模拟并对容器壁面的压力载荷特征进行进一步分析。     

静水压力对加筋壳体振动特性的影响

采用Ｆｌｕｇｇｅ’ｓ壳体理论，对两端简支环加筋壳体在静水压力作用下的振动特性进行了研究，分析了静水压力及其变化对加筋壳体振动特性的影响，探讨了内压、外压及轴向压力对环加筋壳体固有频率的影响。     

外壳与肋对双层回转壳体的振动声辐射影响

本文以圆柱壳体为例讨论了回转壳体单双层壳体结构在流场中振动声辐射的数值计算方法,并建立了其有限元和边界元分析模型。先利用有限元软件ANSYS计算水下航行器结构和外部流体介质的耦合振动,得到耦合振动的节点位移响应值。再将数据导入边界元软件SYSNOISE计算了流体结构耦合状态下壳体结构的辐射声功率和辐射效率等声学量。借助这两个软件计算得出壳体在流场中的振动声辐射特性,分析了外壳与肋对双层回转壳体振动声辐射的影响。本文分析计算了不同形状壳体结构在单点简谐激振力作用下产生的结构振动和声辐射特性。通过比对单双层壳体结构以及改变双壳结构外壳、肋骨厚度情况的振动声辐射特性,综合分析后得出外壳与肋对双层壳体结构水下辐射声的影响。     

卧式换热器换热管束对壳体的加强作用

卧式换热器的换热管束对壳体起着加强作用，其加强作用的程度与换热管束的材料、管子根数、截面积及布管情况有关，通过理论计算和分析，如适当考虑换热管的加强作用，将使管壳式换热器的设计更合理、更经济。     

不同介质侵彻过载特征参量有限元仿真方法

针对硬目标侵彻的目标结构日益复杂化而通过深度计算不能控制弹丸在特定介质层爆破的问题,进行了混凝土和钢板介质的过载仿真分析。在仿真过程中提取了侵彻过载曲线的四个特征参量,利用这些特征参量来了解不同介质过载曲线的差异。经实弹靶试证明,通过提取的特征参量可以较好地掌握侵彻过载变化情况,为基于不同介质的侵彻炸点控制提供了支持。     

悬臂梁端部受质量块撞击的弹塑性动力响应数值解

针对Parkes梁问题,基于LS-DYNA的Lagrange六面体常应力积分单元的数值模拟结果,利用连续介质力学基本原理建立了获得截面弯矩、剪力等特征量的方法,研究了截面弯矩分布发展规律并讨论了撞击过程、黏塑性对悬臂梁瞬态动力响应结果的影响,计算结果与Parkes理论解和Reid等的数值解定性一致. 结果表明,在弹塑性弯曲波作用早期,由于高速撞击产生的动力响应明显强于施加单元初速度的响应,后者的做法对于结构抗动载设计而言更为危险.     

压力容器制造缺陷对壳体安全的影响

本文将压力容器壳体制造过程中所产生的主要缺陷归结为缺口、几何形状不连续及残余应力三类,并介绍了这些主要缺陷的特性和对壳体安全的影响。     

低冲击能量液滴与球面碰撞沉积特性的数值研究

将水平集方法与浸没边界法相结合,发展了一个在固定欧拉网格系统中的直接数值模拟方法,对韦伯数在5～100、雷诺数在10～150以内的低冲击能量液滴正向撞击球面的过程进行了三维直接数值模拟,重点研究了液滴的冲击速度与球面曲率半径对液滴沉积行为的影响.模拟结果表明,在低冲击能量下,正向冲击液滴在球面上呈现出铺展、回缩、再铺展、再回缩,直至沉积在球面上的特征.在沉积过程中,液滴的铺展速率与铺展面积随着撞击速度的增大而增大,液滴的铺展面积随着球面曲率半径的增大而减小.液滴在沉积过程的首次回缩阶段,出现中心局部破裂现象.为了定量研究该现象,建立了局部破裂与韦伯数以及球面曲率半径之间的关系图谱.     

环筋对加筋壳体振动特性的影响

本文基于弹性薄壳理论提出分析任意边界条件下，环加筋壳体振动特性的改进方法，系统分析了环筋尺寸和数目变化及环筋偏心对环加筋壳体振动特性的影响。与有关文献的模型实验结果比较表明，本文方法是正确的。     

不同弹体对高压气瓶的撞击性能分析

运用ANSYS／LS‐DYNA软件对弹体撞击高压气瓶的过程进行数值模拟,得到弹头形状、子弹质量和接触面积不同时子弹穿透高压气瓶的临界速度和临界动能,分析了不同因素对子弹撞击性能的影响。结果表明,弹头形状对穿透动能的影响不大;在接触面积相同的情况下,随着子弹质量的增加,其穿透瓶体的速度逐渐降低,而所需的穿透动能逐渐增大;子弹与瓶体接触面积越大,需要的穿透动能越大。     

切口零件冲击破坏的SPH模拟

简要介绍了光滑粒子动力学方法的基本思想和基本方程，利用该方法编制程序对带长方形切口式样的冲击破坏过程进行了数值模拟。给出了用这种方法模拟三维冲击破坏的一个算例，并对有关问题进行相关的讨论。     

舰船运动及变形对飞机着舰冲击载荷的影响

把着舰飞机和舰体甲板作为一耦合系统，研究了舰体运动和变形对飞机起落架冲击载荷的影响．在分析中计及甲板在冲击载荷作用下的响应及舰体在波浪中运动对冲击载荷的影响．通过对某型号飞机及舰船计算表明，舰体运动和变形对飞机着舰冲击载荷影响很明显，起落架载荷系数超出陆基飞机的规范要求，陆基飞机不能用作舰载机直接在舰上着落．