冰载荷下不锈钢复合板动力学响应研究

来源 :燕山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lian2008bang
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动态特性是决定不锈钢复合板使役性能的关键。针对极地海洋环境中船板钢载荷冲击的特点,仅以拉伸、弯曲、剪切等常规力学性能来评价不锈钢复合板是否满足使用需求已稍显不足,应将不同激励载荷下的动态特性纳入考虑之中。本文以实现316L-EH40不锈钢复合板抗冲击性能评估为目的,从理论和数值模拟角度出发,以冰载荷作为载荷激励输入,研究冰载荷下各碰撞工况参数对不锈钢复合板结构动力响应的影响。通过Zwick万能材料试验机和Instron高速试验系统进行316L钢和EH40钢的低温准静态和动态拉伸试验,基于应力应变曲线、屈服强度变化关系等试验数据以及Cowper-Symonds模型提出考虑温度效应和应变率效应的动力本构关系,并通过LSDYNA将该本构模型应用到数值模拟计算中,对比验证不锈钢复合板分层建模和动力本构关系的工程实用价值。基于能量法和经典层合板理论,对梯台冰载荷进行计算,确定极端工况参数,考虑层间结构参数设计,通过横向载荷下的弯曲平衡微分方程,建立冰载荷下不锈钢复合板挠度响应简化解析模型,开展算例对比分析,验证本文简化解析模型的准确性。通过梯台冰载荷计算时所确定的极端工况参数,对316L-EH40不锈钢复合板进行梯台冰载荷冲击挠度响应数值模拟,从宏观角度对复合板挠度响应进行分析,研究层厚比对挠度特性的影响规律,确定在当前厚度匹配机制内的复合板抗冲击性能。考虑单层材料的应力应变曲线和材料热物性参数,建立冰球高速冲击复合板热力耦合模型,对影响复合板结构动力响应规律的冲击角度和复合板板内温度差因素进行参数影响分析,基于复合板的能量吸收与转换、温度场、碰撞力、应力和法向位移等方面对不同工况载荷下的复合板抗冲击性能和动态响应规律进行系统分析研究。通过上述工作研究,提出冲击载荷下双层金属复合板的挠度特性简化解析计算模型,实现了冲击载荷工况下不锈钢复合板的动力学行为预估,并针对冰载荷下不锈钢复合板的结构动力响应研究展开有益探索,为复合板使役性能评估提供参考。
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