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钢/聚氨酯夹层结构动态压缩力学性能与本构模型研究

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振动与冲击 2016年第10期35卷 115-119页

作者：沈超明叶仁传田阿利江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

基于霍普金森压杆(SHPB)装置,对高应变率下的钢/聚氨酯夹层结构进行了动态压缩实验,通过对不同厚度比的试样进行比较,建立了夹层结构的动态本构模型。实验结果表明,钢/聚氨酯夹层结构对应变率较为敏感,其屈服强度随应变率的增大而增大,... 详细信息

基于霍普金森压杆(SHPB)装置,对高应变率下的钢/聚氨酯夹层结构进行了动态压缩实验,通过对不同厚度比的试样进行比较,建立了夹层结构的动态本构模型。实验结果表明,钢/聚氨酯夹层结构对应变率较为敏感,其屈服强度随应变率的增大而增大,且屈服强度的增幅随应变率的提高会有一定幅度的上升。基于Johnson-Cook模型,考虑厚度比对结果的影响,建立适用于钢/聚氨酯夹层结构的动态本构模型,并通过试验分析,确定了模型参数。利用实测应力应变曲线拟合的方法得到的钢/聚氨酯夹层结构的动态压缩本构模型,能描述不同厚度比的钢/聚氨酯夹层结构在高应变率下的应力应变关系,具有较高的精度。

关键词：本构模型动态压缩力学性能夹层结构 SHPB 厚度比

叶表皮细胞壁仿生结构在冰雹作用下的动力学响应分析

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振动与冲击 2022年第18期41卷 113-120页

作者：徐丹韩登安任鹏叶仁传江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212000

基于具有低横向刚度、高垂直刚度特性的叶表皮细胞壁仿生结构(bio-ITCLC)结合柔性蒙皮,构建了具有小切向刚度和大法向刚度特性的新型仿生夹层结构。以涤纶纤维层合板为基体,建立仿生夹层结构的冰雹撞击有限元仿真模型,验证了冰雹撞击模... 详细信息

基于具有低横向刚度、高垂直刚度特性的叶表皮细胞壁仿生结构(bio-ITCLC)结合柔性蒙皮,构建了具有小切向刚度和大法向刚度特性的新型仿生夹层结构。以涤纶纤维层合板为基体,建立仿生夹层结构的冰雹撞击有限元仿真模型,验证了冰雹撞击模型的有效性。分析了冰雹速度和直径对叶表皮细胞壁仿生夹层结构动态力学响应及失效模式的影响。结果表明,在冰雹作用下bio-ITCLC芯层与上面板连接位置首先出现开裂,进而上面板产生基体开裂及纤维断裂,冰雹载荷的持续作用使得芯层撞击区域发生屈曲直至压溃。冰雹撞击速度及直径的增加并不会改变bio-ITCLC仿生结构的失效形式,但其对bio-ITCLC仿生夹层结构的作用力随冰雹直径的增大而线性递增,且随撞击速度的增加呈抛物线增长。

关键词： bio-ITCLC仿生结构冰雹动力响应撞击失效模式

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船用SPS结构抗冲击性能与破坏机理研究

船用SPS结构抗冲击性能与破坏机理研究

作者：叶仁传江苏科技大学

学位级别：硕士

夹层结构以其优异的力学性能引起了造船界的关注,其在船舶与海洋工程及航空航天等领域的应用范围逐渐扩大,与船舶常用的带有扶强材的单一金属板相比具有重量轻、抗疲劳、结构形式简单、良好的吸能、抗腐蚀及抗冲击能力强、空间利用率高... 详细信息

夹层结构以其优异的力学性能引起了造船界的关注,其在船舶与海洋工程及航空航天等领域的应用范围逐渐扩大,与船舶常用的带有扶强材的单一金属板相比具有重量轻、抗疲劳、结构形式简单、良好的吸能、抗腐蚀及抗冲击能力强、空间利用率高、隔振降噪及滤波等优点,随着对SPS夹层结构研究的深入,SPS夹层板大量应用于船舶制造将是一种不可阻挡的趋势。本文以船用SPS为研究对象,通过对船用SPS结构的受力特点及内部应力场和位移场进行分析,在合理假设的基础上建立了两种求解SPS夹层板的数学模型,运用大量的经典理论和有限元计算结果对两种理论进行了验证并运用以上数学模型重点研究了船用SPS结构的自由振动、静态力学行为和动态响应问题。此外对SPS夹层板的动静态本构方程、面/芯脱层问题以及不同SPS夹层板的冲击动力学性能进行了一定程度的研究。本文重点研究的内容和相关结论如下:(1)运用板的平衡运动微分方程推导了忽略芯材质量惯性的夹层板的控制方程和含芯材质量惯性的夹层板的控制方程,运用权威的数值实例和经典理论及有限元软件对两种模型的准确度和精度进行了验证,在此基础上对不同面板和芯材厚度的自由振动以及在正弦载荷、均布载荷、集中力载荷等的位移场进行了分析。在保证理论模型准确的情况下对受脉冲载荷、谐振载荷以及多次连续加载的有阻尼效应和无阻尼效应的船用SPS夹层结构的动态响应进行了分析,探讨了质量惯性力和阻尼力对SPS夹层结构的影响。(2)在理论分析的基础上通过实验研究了高应变率下面板钢、芯材以及钢/聚氨酯夹层板的准静态和高应变率动态本构关系,得到了能够准确描述芯材聚氨酯弹性体和钢/聚氨酯夹层板高应变率下的本构方程并通过实验证明了其精度。(3)由于夹层板较易发生脱层,根据夹层板的受力特点以及破坏形式,通过给船用SPS结构设定一个初始脱层,研究船用SPS夹层结构在脱层损伤下结构的自由振动和动态响应。对比分析了完好夹层板和有脱层夹层板的动态响应。为了方便处理LS-DYNA输出数据,作者运用M语言开发了一个数据处理并直观显示为三维图的软件Figure3D。(4)最后运用LS-DYNA软件详细研究了传统加筋板、SPS结构及SPS加筋板在低速冲击下的动态响应,对比分析了传统加筋板、SPS结构和SPS加筋板的自由振动和冲击动态响应。

关键词： SPS结构数学模型动态响应本构方程面/芯脱层 Figure3D软件

脉冲载荷下船用软芯夹层板系统动态响应分析（英文）

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船舶力学 2019年第9期23卷 1086-1098页

作者：赵娜叶仁传田阿利崔杰任鹏王革江苏科技大学理学院江苏镇江212003 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

软芯材的夹层板具有良好的抗冲击性能,工程中多数含有软芯材的夹层板主要承受动力载荷和冲击载荷.本文针对软芯夹层板,基于夹层板三维平衡微分方程提出了一种全新的高阶理论,考虑软芯材的变形,研究夹层板在冲击载荷作用下的动态响应.首... 详细信息

软芯材的夹层板具有良好的抗冲击性能,工程中多数含有软芯材的夹层板主要承受动力载荷和冲击载荷.本文针对软芯夹层板,基于夹层板三维平衡微分方程提出了一种全新的高阶理论,考虑软芯材的变形,研究夹层板在冲击载荷作用下的动态响应.首先由三维夹层板平衡方程,建立结构的动力控制方程,给出了冲击载荷作用下夹层板动力响应简化方程;并以在正弦波脉冲载荷作用下的四边简支结构为研究对象,给出了夹层板的动态响应解;通过算例详细分析了脉冲载荷下夹层板的动态响应时间历程,定量分析了共振对结构的影响,并重点对比分析了软芯材的几何参数(面/芯厚度比)和物理参数(面/芯弹模比)对软芯夹层板动态响应的影响,为新型结构设计和应用提供指导.

关键词：夹层板软芯材高阶理论脉冲载荷动态响应

冰雹形状及重复加载对叶表皮细胞壁仿生结构撞击损伤影响分析

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振动与冲击 2024年第3期43卷 227-232,240页

作者：王海文徐丹陈墨林叶仁传任鹏江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212000

为了提高纤维轻量化构件的冰雹载荷防护性能,基于高垂直刚度特性的叶表皮细胞壁仿生结构(a biomimetic isosceles trapezoid corrugated lattice cellular, bio-ITCLC),构建基体为涤纶纤维层合材料的仿生夹层结构数值模型,分析了冰雹形... 详细信息

为了提高纤维轻量化构件的冰雹载荷防护性能,基于高垂直刚度特性的叶表皮细胞壁仿生结构(a biomimetic isosceles trapezoid corrugated lattice cellular, bio-ITCLC),构建基体为涤纶纤维层合材料的仿生夹层结构数值模型,分析了冰雹形状、速度及重复撞击对叶表皮细胞壁仿生夹层结构力学行为及动态损伤的影响。结果表明:撞击接触力随冰雹形状的变化而改变,在相同撞击速度条件下,接触力峰值、初始上升率均随冰雹接触面的增大而提高,但加载时间减小;柱形及锥形冰雹的接触力峰值随撞击速度的增大而线性增长,半球形冰雹的接触力峰值与撞击速度呈抛物线关系。bio-ITCLC仿生夹层结构在柱形、半球形和锥形冰雹下的损伤模式分别为撞击区域屈曲压溃而引起纤维断裂、压痕导致的纤维断裂及基体开裂、仿生芯层与上层面板的分层失效。重复撞击并不改变仿生结构的失效模式,但bio-ITCLC仿生夹层结构的基体分层及累积损伤范围随冰雹重复撞击次数的增加而显著增大。

关键词：叶表皮细胞壁仿生结构(bio-ITCLC) 冰雹形状重复撞击损伤模式

冰雹载荷下基于碳纤维增强复合材料的腔棘鱼鳞双螺旋仿生结构的撞击损伤分析

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高压物理学报 2022年第4期36卷 164-172页

作者：韩登安徐丹叶仁传任鹏江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212000

为了提高纤维复合材料构件抗冰雹载荷性能,基于腔棘鱼鳞独特的双螺旋结构,建立了以碳纤维增强复合材料为基体的腔棘鱼鳞双螺旋仿生结构数值模型,并验证了该仿生结构模型的有效性。对比分析了双螺旋仿生结构和正交层合结构的毁伤特性,进... 详细信息

为了提高纤维复合材料构件抗冰雹载荷性能,基于腔棘鱼鳞独特的双螺旋结构,建立了以碳纤维增强复合材料为基体的腔棘鱼鳞双螺旋仿生结构数值模型,并验证了该仿生结构模型的有效性。对比分析了双螺旋仿生结构和正交层合结构的毁伤特性,进而探究了冰雹撞击能量及分布密度对该双螺旋仿生结构动态响应的影响。结果表明,双螺旋仿生结构在冰雹作用下的毁伤程度低于相同密度条件下的正交层合结构。当撞击能量达到1149.3 J时,正交层合结构出现了明显的基体破碎及纤维断裂,而双螺旋仿生结构仅表现为撞击区域的浅表分层并伴随少量纤维断裂。双螺旋仿生结构在冰雹撞击下的力学响应可分为3个阶段。随着撞击能量的增加,撞击区域首先发生基体拉伸,撞击点临近区域发生分层及面外凸起;进而分层区域向四周扩展,在冰雹的持续加载下撞击位置的位移达最大值;此后,仿生结构出现回弹直至稳定。该双螺旋仿生结构的能量吸收比率及接触力均随撞击能量的增加而线性增大。在相同质量冰雹的作用下,随着冰雹分布密度的增加,双螺旋仿生结构的上表面损伤程度减小,下表面损伤区域增大。研究结果为基于碳纤维增强复合材料的腔棘鱼鳞仿生结构在冰雹载荷下的轻量化设计奠定了基础。

关键词：腔棘鱼鳞碳纤维复合材料双螺旋仿生结构冰雹撞击动态响应毁伤

基于一阶zigzag理论的软芯复合夹层板冲击载荷下的动态响应分析

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船舶力学 2023年第6期27卷 919-931页

作者：叶仁传杨文龙田阿利陈一鸣赵娜江苏科技大学海洋学院江苏镇江212100 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212100 江苏科技大学理学院江苏镇江212100 大连中远海运川崎船舶工程有限公司辽宁大连116052

本文提出一种简化的用于求解软芯复合材料夹层板的一阶zigzag理论模型,该模型能精确求解外载荷作用下软芯复合材料夹层板的静态和动态响应。软芯复合材料夹层板的上下面板采用一阶剪切变形理论,芯材运用线性函数模拟横向和面内位移。模... 详细信息

本文提出一种简化的用于求解软芯复合材料夹层板的一阶zigzag理论模型,该模型能精确求解外载荷作用下软芯复合材料夹层板的静态和动态响应。软芯复合材料夹层板的上下面板采用一阶剪切变形理论,芯材运用线性函数模拟横向和面内位移。模型充分考虑芯材厚度方向的应力和应变,能很好满足横向剪切应力和位移界面边界条件。基于此模型,运用Newmark法求解控制方程分析冲击载荷作用下简支软芯复合夹层板的动态响应,将提出的一阶zigzag理论模型与公开发表的文献结果进行了准确性对比验证。在验证的基础上进行了一系列的参数研究,并详细研究了各种参数对夹层板动态响应的影响。计算结果能为船用软芯复合材料夹层板提供理论设计指导。

关键词：复合材料夹层板软芯材一阶zigzag模型冲击载荷动态响应

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含液位置对蓄液结构抗侵彻性能影响研究

江苏科技大学学报（自然科学版） 2022年第2期36卷 1-6,26页

作者：刘昂汤宇昕叶仁传任鹏江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212100

针对液舱结构在高速撞击下的防护毁伤问题,以液舱弹道极限及舱壁形变为指标,基于实验和数值仿真相结合的方法,对平头弹撞击作用下含水位置及含水量对液舱结构抗撞击性及水锤效应的影响进行了研究.结果表明:半水状态下,液舱含水位置可有... 详细信息

针对液舱结构在高速撞击下的防护毁伤问题,以液舱弹道极限及舱壁形变为指标,基于实验和数值仿真相结合的方法,对平头弹撞击作用下含水位置及含水量对液舱结构抗撞击性及水锤效应的影响进行了研究.结果表明:半水状态下,液舱含水位置可有效影响液舱的弹道极限速度、舱体结构破坏程度及弹体的速度衰减程度.液舱含水位置后移导致其弹道极限出现明显降低,且液舱后壁变形也随之增大.此外,液舱贯穿后,弹体剩余速度随着舱内含液位置后移而增大,且其差值随着弹体初始速度的增加而逐渐减小.

关键词：液舱弹体侵彻速度衰减含液位置弹道极限

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不同含水量液舱在弹体撞击下的动态响应特性

船舶工程 2019年第12期41卷 71-77页

作者：赵娜拾路任鹏叶仁传江苏科技大学理学院江苏镇江212003 江苏科技大学船舶与海洋工程学院江苏镇江212003

为明确液舱在平头弹体侵彻下的变形毁伤特点,利用100%含水量液舱的高速侵彻试验,结合数值仿真方法,分析平头弹作用下液舱含水量对舱壁动态响应的影响规律。结果表明:在相同液舱含水量条件下,弹体入射初速度越高,弹体在水中的速度衰减越... 详细信息

为明确液舱在平头弹体侵彻下的变形毁伤特点,利用100%含水量液舱的高速侵彻试验,结合数值仿真方法,分析平头弹作用下液舱含水量对舱壁动态响应的影响规律。结果表明:在相同液舱含水量条件下,弹体入射初速度越高,弹体在水中的速度衰减越快,其耗散的动能越多;同时弹体的速度衰减亦随液舱含水量的增加而增大。弹体动能的耗散使得舱内形成空泡,且空泡尺寸随弹体速度的增加而增大。液舱壁由于空泡的作用产生了外凸变形,且其变形量随弹体速度及含水量的增加而增大;当液舱部分含水时,舱壁出现非对称变形且液面下的舱壁的最大变形量与满舱时近似相等。

关键词：含水量液舱结构侵彻动态响应