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脉冲载荷下金属非均匀结构动态响应研究

脉冲载荷下金属非均匀结构动态响应研究

作者：朱建伟湖南大学

学位级别：硕士

工程结构受极端载荷作用严重威胁着生命安全和装备使用寿命,如何有效提高结构抗冲击能力、保障生命安全、减少财产损失是结构设计需要解决的关键问题之一。结构受外载荷作用通常会产生局部变形导致较低的材料利用率,考虑到作用载荷不均... 详细信息

工程结构受极端载荷作用严重威胁着生命安全和装备使用寿命,如何有效提高结构抗冲击能力、保障生命安全、减少财产损失是结构设计需要解决的关键问题之一。结构受外载荷作用通常会产生局部变形导致较低的材料利用率,考虑到作用载荷不均匀性,非均匀结构可能比均匀结构具备更好的动态防护性能,目前非均匀结构受极端载荷作用的相关研究尚不明晰。针对研究较为广泛的均匀结构加以创新,采用数值模拟方法深入研究了气隙结构、功能梯度板以及纤维金属层合板在高度非线性脉冲载荷下的动力响应、能量吸收机理以及多失效模式融合,深入理解结构能量耗散过程中惯性效应—膜效应—变形能力之间的耦合与内在联系,主要研究内容如下:针对脉冲载荷下气隙结构的动力响应,上下板在不同配置下的变形模式截然不同。上下板厚度比例增大导致反直观程度减小;气隙对上下板变形模式有一定影响。此外,厚度和气隙同时影响惯性效应和膜效应的发挥,包括大厚度强化惯性效应以及适度间隙强化整体膜效应。总体看来,较大上板厚度和适度气隙可显著提高结构抗冲击性能。针对脉冲载荷下功能梯度板的动力响应,面内功能梯度板和厚向功能梯度板在密度和强度梯度下相对于单一金属板有较小挠度,变形模式与梯度类型、数值相关。面内功能梯度板在较大正密度梯度(增大边缘惯性效应)和负强度梯度(减小边缘强度效应)下有更高材料利用率;改变密度和强度梯度对厚向功能梯度板的能量吸收影响不大,可能是板的较小厚度未充分利用惯性效应和强度效应。针对脉冲载荷下纤维金属层合板的动力响应,不同配置下的层合板相对单一金属板有较小挠度,变形模式截然不同。结构在高度非线性载荷作用下展现出拉伸和剪切等变形状态以及纤维、基体损伤等多失效模式,层间牵引—分离与其他失效模式增大了能量吸收规模,提高了结构抗冲击能力。研究成果为脉冲载荷下金属非均匀结构设计提供了参考,对保障生命安全、提高装备寿命有重要意义。

关键词：夹芯结构功能梯度板纤维金属层合板脉冲载荷动力响应

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

轴向脉冲载荷冲击下弹性圆柱壳动态屈曲中的竹节现象

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哈尔滨工业大学学报 2011年第S1期43卷 70-74页

作者：马建青徐新生 C.W.Lim 孙家斌大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 香港城市大学建筑系

本文针对弹性圆柱壳在轴向脉冲载荷冲击下动态局部屈曲问题,提出一种新的方法,即哈密顿体系方法.通过构造哈密顿体系,在辛空间中将临界载荷和动态屈曲模态归结为辛本征值和本征解问题.发现圆柱壳屈曲的临界载荷被分为两类,其分别对应圆... 详细信息

本文针对弹性圆柱壳在轴向脉冲载荷冲击下动态局部屈曲问题,提出一种新的方法,即哈密顿体系方法.通过构造哈密顿体系,在辛空间中将临界载荷和动态屈曲模态归结为辛本征值和本征解问题.发现圆柱壳屈曲的临界载荷被分为两类,其分别对应圆柱壳压缩屈曲和弯曲屈曲.辛本征解反映了局部的压缩屈曲模态和横向的弯曲屈曲模态.在物理上表现出壳体的压缩型竹节屈曲现象和弯曲型竹节屈曲现象.同时数值结果揭示了临界载荷和屈曲模态的规律及影响因素.

关键词：圆柱壳动态屈曲竹节脉冲载荷

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射孔脉冲载荷作用下管柱动态响应分析

射孔脉冲载荷作用下管柱动态响应分析

作者：杨宗芝中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

射孔作业过程中,射孔弹爆炸产生巨大能量,一部分用于射孔,形成井筒与地层之间的油气通道,另一部分形成冲击波在井筒内释放,引起管柱发生强烈冲击振动。而过高的冲击载荷成为管柱系统发生弯曲、变形、断裂,甚至引发油井事故的主要因素。... 详细信息

射孔作业过程中,射孔弹爆炸产生巨大能量,一部分用于射孔,形成井筒与地层之间的油气通道,另一部分形成冲击波在井筒内释放,引起管柱发生强烈冲击振动。而过高的冲击载荷成为管柱系统发生弯曲、变形、断裂,甚至引发油井事故的主要因素。因此,井下管柱在射孔脉冲载荷作用下的动态响应已经成为影响油气井正常作业的关键问题。针对此问题,本文主要进行了以下几个方面的工作:1、针对射孔弹爆炸特性以及管柱的结构特点,对冲击波、应力波等进行了相应的理论分析,得到冲击波以及应力波的传播规律。2、采用微元体分析法,综合考虑外载、管柱自身、井身结构、作业参数等因素,对三维弯曲井眼中的管柱静力屈曲行为进行分析,同时对管柱在射孔脉冲载荷作用下的动力屈曲进行理论研究。3、应用ANSYS/LS-DYNA软件,对水平井射孔过程进行动态仿真,采用ALE算法分析射流形成、运动及侵彻过程中的流固耦合大变形问题,提取冲击载荷时间历程曲线。设计正交试验,分析射孔弹装药量、射孔起始压力、套管厚度、地层弹性模量、封隔器位置等因素对射孔脉冲载荷峰值的影响。4、应用ANSYS/LS-DYNA软件,数值模拟水平井中射孔段管柱在射孔脉冲载荷作用下的动态响应,分析管柱发生冲击振动时的位移、速度、变形及应力的时间历程变化关系。5、将管柱离散为空间梁单元,在单元节点引入双向弹簧元,得到管柱-井筒非线性接触问题的有限元模型,采用数值模拟,施加射孔脉冲载荷,分析水平井全井段管柱的动态响应,得到管柱径向位移、接触力、摩阻力、轴力等随井深的分布规律。设计正交试验,分析射孔脉冲载荷峰值、管柱外径、管柱抗挤强度、冲击作用时间等因素对管柱最大应力的影响。

关键词：射孔脉冲载荷管柱双向弹簧元动态响应

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壳体在侧向脉冲载荷作用下的瞬态响应

壳体在侧向脉冲载荷作用下的瞬态响应

作者：黄含军中国工程物理研究院北京研究生部

学位级别：硕士

圆柱壳和圆锥壳在侧向冲击载荷作用下的动力响应具有重要的军事和民用工程背景，本文对纵向线载荷作用下的圆柱壳瞬态响应问题和余弦冲击载荷作用下的圆锥壳瞬态响应问题进行了研究，取得了一些具有重要理论意义和实用价值的研究成果。 ... 详细信息

圆柱壳和圆锥壳在侧向冲击载荷作用下的动力响应具有重要的军事和民用工程背景，本文对纵向线载荷作用下的圆柱壳瞬态响应问题和余弦冲击载荷作用下的圆锥壳瞬态响应问题进行了研究，取得了一些具有重要理论意义和实用价值的研究成果。首先回顾总结了圆柱壳和圆锥壳动力响应的研究进展情况，并简单归纳了该类问题研究的方法，确定了本文的研究对象主要是纵向线载荷作用下的圆柱壳瞬态响应和余弦冲击载荷作用下的圆锥壳瞬态响应。基于薄壳理论和无矩假定，在略去剪切应力的情况下推导了圆柱壳在纵向线载荷作用下的运动方程，并采用Fourier级数法进行了求解。分析了沿母线方向和环向各点应力响应的特点以及结构长径比对应力响应的影响，在此基础上比较了沿环向呈单余弦分布和双正弦分布载荷的应力响应。基于薄壳理论和无矩假定，在略去剪切应力的情况下推导了圆锥壳在侧向余弦载荷作用下的运动方程，并采用半解析差分方法进行了数值求解。分析了圆锥壳结构的径厚比、长径比及锥角变化对结构应力响应的影响。采用实验方法研究了加筋圆锥壳在侧向余弦载荷作用下的动力响应，分析了沿环向各点的响应变化，并从时域和频域分析了它们各点的响应特性。对圆柱壳和圆锥壳的动态响应实验研究中的一些问题，利用有限元程序进了模拟计算。分析了载荷脉冲形状及考虑爆轰传播时间对结构响应的影响，为实验研究提供了理论指导。

关键词：圆柱壳圆锥壳脉冲载荷瞬态响应

强脉冲载荷作用下端盖法兰结构的螺栓预紧力设计方法

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爆炸与冲击 2019年第2期39卷 85-91页

作者：程帅张德志刘文祥殷文骏师莹菊陈博李焰西北核技术研究所强动载与效应实验室陕西西安710024

为研究承受强脉冲载荷的端盖法兰结构的螺栓预紧力设计方法,利用实验室霍普金森杆平台,基于液压原理设计了一套实验装置,并结合数值模拟结果,对强脉冲载荷下端盖法兰结构的动态响应进行研究。通过研究发现:由预紧力和脉冲载荷引起的螺... 详细信息

为研究承受强脉冲载荷的端盖法兰结构的螺栓预紧力设计方法,利用实验室霍普金森杆平台,基于液压原理设计了一套实验装置,并结合数值模拟结果,对强脉冲载荷下端盖法兰结构的动态响应进行研究。通过研究发现:由预紧力和脉冲载荷引起的螺栓总拉伸应变随载荷峰值变化的曲线上存在最小极值点,并总结了最小极值点随载荷峰值、载荷脉宽的变化规律,为强脉冲载荷下法兰结构和预紧力设计提供了依据。

关键词：脉冲载荷法兰螺栓预紧力端盖霍普金森杆

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脉冲载荷下含表面裂纹的圆柱壳体的动态断裂

科技信息(学术研究) 2007年第34期 87-91页

作者：杜丽萍周丽晖马彦君山东交通学院河北理工大学

本文对在激光辐照和脉冲载荷联合作用下的含表面半椭圆裂纹的圆柱壳体进行了动态断裂分析,计算了其热弹性断裂问题的应力强度因子,并与文献[1]的结果进行了分析比较,由此可知,在加载或载荷消失的瞬间,对壳体的破坏性较大。

关键词：圆柱壳体激光表面裂纹有限元脉冲载荷

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锥壳承受短脉冲载荷的实验研究

宇航学报 1986年第3期 54-60页

作者：胡明志

运用强光引爆喷涂于结构表面的光敏炸药对结构加载的方法,对承受短脉冲均匀外压的锥壳进行了实验研究。测得了锥壳内壁的应变随时间变化的曲线,得到了两种不同几何尺寸的铝质锥壳动态失稳破坏的临界冲量值。将实验结果与较长脉冲载荷作... 详细信息

运用强光引爆喷涂于结构表面的光敏炸药对结构加载的方法,对承受短脉冲均匀外压的锥壳进行了实验研究。测得了锥壳内壁的应变随时间变化的曲线,得到了两种不同几何尺寸的铝质锥壳动态失稳破坏的临界冲量值。将实验结果与较长脉冲载荷作用下柱壳的结果作了比较。

关键词：锥壳短脉冲法兰盘严重破坏脉冲(力学) 脉冲载荷壳体结构乙炔銀乙炔银临界冲量

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壁厚对芳纶蜂窝抗短脉冲载荷影响数值分析

防护工程 2019年第6期38卷 15-20页

作者：金天李晓军谢文魁李林李天雄孙宇新南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094 军事科学院国防工程研究院北京100850

芳纶蜂窝材料是一种新型材料,开展芳纶蜂窝材料动力学响应研究具有重要学术意义和工程价值。对低比冲短脉冲载荷加载系列胞元壁厚蜂窝夹芯结构的动力学响应开展数值模拟,揭示了不同壁厚受相同载荷作用下变形特点以及在短脉冲载荷作用下... 详细信息

芳纶蜂窝材料是一种新型材料,开展芳纶蜂窝材料动力学响应研究具有重要学术意义和工程价值。对低比冲短脉冲载荷加载系列胞元壁厚蜂窝夹芯结构的动力学响应开展数值模拟,揭示了不同壁厚受相同载荷作用下变形特点以及在短脉冲载荷作用下蜂窝结构胞元壁厚对蜂窝缓冲性能的影响。结果表明:在比冲量为2.7 Pa S条件下,一定壁厚范围内芳纶蜂窝结构压缩量随壁厚增加而减小;缓冲能力随着胞元壁厚增加先增强后减弱,并获得拟合关系式。

关键词：芳纶蜂窝脉冲载荷缓冲性能