船用SPS結(jié)構(gòu)抗沖擊性能與破壞機(jī)理研究.pdf

1、夾層結(jié)構(gòu)以其優(yōu)異的力學(xué)性能引起了造船界的關(guān)注，其在船舶與海洋工程及航空航天等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，與船舶常用的帶有扶強(qiáng)材的單一金屬板相比具有重量輕、抗疲勞、結(jié)構(gòu)形式簡單、良好的吸能、抗腐蝕及抗沖擊能力強(qiáng)、空間利用率高、隔振降噪及濾波等優(yōu)點(diǎn)，隨著對(duì)SPS夾層結(jié)構(gòu)研究的深入，SPS夾層板大量應(yīng)用于船舶制造將是一種不可阻擋的趨勢。
　　本文以船用SPS為研究對(duì)象，通過對(duì)船用SPS結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)及內(nèi)部應(yīng)力場和位移場進(jìn)行分析，在合理假設(shè)的

2、基礎(chǔ)上建立了兩種求解SPS夾層板的數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用大量的經(jīng)典理論和有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)兩種理論進(jìn)行了驗(yàn)證并運(yùn)用以上數(shù)學(xué)模型重點(diǎn)研究了船用SPS結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)、靜態(tài)力學(xué)行為和動(dòng)態(tài)響應(yīng)問題。此外對(duì)SPS夾層板的動(dòng)靜態(tài)本構(gòu)方程、面/芯脫層問題以及不同SPS夾層板的沖擊動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行了一定程度的研究。本文重點(diǎn)研究的內(nèi)容和相關(guān)結(jié)論如下：
　?。?）運(yùn)用板的平衡運(yùn)動(dòng)微分方程推導(dǎo)了忽略芯材質(zhì)量慣性的夾層板的控制方程和含芯材質(zhì)量慣性的夾層板的控制方程，

3、運(yùn)用權(quán)威的數(shù)值實(shí)例和經(jīng)典理論及有限元軟件對(duì)兩種模型的準(zhǔn)確度和精度進(jìn)行了驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上對(duì)不同面板和芯材厚度的自由振動(dòng)以及在正弦載荷、均布載荷、集中力載荷等的位移場進(jìn)行了分析。在保證理論模型準(zhǔn)確的情況下對(duì)受脈沖載荷、諧振載荷以及多次連續(xù)加載的有阻尼效應(yīng)和無阻尼效應(yīng)的船用SPS夾層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了分析，探討了質(zhì)量慣性力和阻尼力對(duì)SPS夾層結(jié)構(gòu)的影響。
　?。?）在理論分析的基礎(chǔ)上通過實(shí)驗(yàn)研究了高應(yīng)變率下面板鋼、芯材以及鋼/聚氨酯夾

4、層板的準(zhǔn)靜態(tài)和高應(yīng)變率動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系，得到了能夠準(zhǔn)確描述芯材聚氨酯彈性體和鋼/聚氨酯夾層板高應(yīng)變率下的本構(gòu)方程并通過實(shí)驗(yàn)證明了其精度。
　?。?）由于夾層板較易發(fā)生脫層，根據(jù)夾層板的受力特點(diǎn)以及破壞形式，通過給船用SPS結(jié)構(gòu)設(shè)定一個(gè)初始脫層，研究船用SPS夾層結(jié)構(gòu)在脫層損傷下結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。對(duì)比分析了完好夾層板和有脫層夾層板的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。為了方便處理LS-DYNA輸出數(shù)據(jù)，作者運(yùn)用M語言開發(fā)了一個(gè)數(shù)據(jù)處理并直觀顯示為三維圖的