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V型和I型夹芯夹层板入水砰击响应研究
| 论文题名： | V型和I型夹芯夹层板入水砰击响应研究 |
| 关键词： | 船舶结构;V型波纹夹层板;I型波纹夹层板;动态力学响应;失效机理;入水砰击 |
| 摘要： | 波纹杂交夹芯夹层结构是一种可应用于船舶与海洋结构物，航空航天，车辆载具的新型结构。该结构在生产工艺、静动态力学特性等诸多方面相比与传统的加筋板、蜂窝夹层板、三维点阵夹层板、PVC夹层板、纤维增强复合材料板、玻璃钢板等结构形式有较大的不同。本文试图将V型和I型杂交夹芯夹层结构应用于船舶结构设计，制备了四种类型的波纹夹芯金属夹层板，实验测量了结构入水过程中速度，砰击压力以及加速度。通过三维扫描测量模型触水面板的塑性变形，水刀切割模型观察模型内部芯层失效破坏模式，并借助LS-DYNA数值仿真，揭示这类结构在入水砰击载荷作用下动态力学响应特征和失效机理。本文主要研究工作包括： （1）以V型波纹及其聚氨酯填充杂交夹芯夹层板为研究对象，制备了3个实验模型，对其在不同入水速度所产生的砰击载荷作用下的动态响应进行实验研究。实验结果表明：V型波纹夹芯夹层板中心区域的入水砰击压力明显的高于边界附近的压力，砰击入水速度与砰击压力的持续时间成负相关，砰击压力峰值与入水速度v的指数次方成正比。失效模式主要表现为触水面板的整体变形，芯层产生严重褶皱。填充低密度聚氨酯泡沫使得结构的砰击压力峰值上升，对结构砰击压力的持续时间影响较少，但可以有效降低结构面板上测点的加速度幅值。 （2）以V型波纹及其聚氨酯填充杂交夹芯夹层板为研究对象，借助有限元软件LS-DYNA，用数值仿真方法计算了其入水砰击过程中的动态响应，讨论了31kg/m3和50kg/m3两种密度的聚氨酯泡沫填充物对结构抗砰击性能的影响。并与本文的实验结果进行对比分析，结果吻合得较好。研究结果表明：芯层内部填充聚氨酯泡沫能对芯层腹板提供支撑，从而防止腹板产生屈曲，但填充低密度聚氨酯填充物并不一定能减少最大塑性变形。 （3）以I型波纹及其聚氨酯填充杂交夹芯夹层板为研究对象，制备了2个实验模型，对其在不同入水速度所产生的砰击载荷作用下的动态响应进行实验研究。实验结果表明：中心区域的入水砰击压力明显的高于边界附近的压力，填充低密度聚氨酯泡沫使得结构的砰击压力峰值上升，但可以有效降低入水砰击的加速度响应幅值。对于含填充物的I型波纹杂交夹层板，其失效模式主要表现为触水面板的整体变形以及胞元局部压缩变形，边界上的填充材料受到剪切出现裂纹。相同面板和芯层尺寸的I型波纹夹层板相比V型波纹夹层板的砰击压力要低，加速度幅值更高。 本文研究工作为金属波纹夹芯夹层板结构在船舶与海洋工程领域的工程应用提供了有益的参考。 |
| 作者： | 吴昊 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 程远胜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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