結構防護的案例
桿式射流對充液防護結構的毀傷機理及影響因素數值仿真研究
[ 摘 要 ] 本文以聚能戰斗部對充液防護結構的毀傷為研究背景，運用Ansys LS-dyna分析了藥型罩壁厚和材料對充液防護結構毀傷效能的影響。結果表明：藥型罩壁厚在0.04Dk~0.06Dk之間形成的桿流對充液防護結構具有較優的侵徹性能，δ<0.04Dk，桿流成型結構較差，在水中的動能抗衰減性能較低，δ>0.06Dk，桿流初始動能低，穿透水層后的剩余能量小，無法形成較大的后效；藥型罩可采用純鐵、紫銅和鉭3種材料，其中純鐵桿流的侵徹能力最高，鉭射流的水中動能抗衰減性能最好，紫銅射流具有較好的綜合性能。
1 背景
多層裝甲與充液艙組合模式是現代常用的防護結構，常規的水下爆破戰斗部很難對其造成致命性的打擊。為了高效打擊水面目標，遂采用聚能戰斗部技術。現目前針對聚能戰斗部水下作用效應的研究較少，本文主要考慮藥型罩結構和材質對聚能射流毀傷充液防護結構的影響。以半球型聚能戰斗部為設計依據，在戰斗部裝藥結構不變的條件下，通過數值計算的方法研究了不同壁厚、不同罩材的藥型罩對桿射流成型效果及桿流對充液防護結構毀傷效果的影響，得到了有利于侵徹多層充液防護結構的藥型罩壁厚范圍和材料。
2 桿流侵徹充液防護結構數值計算模型
2.1數值計算模型
為了研究桿式射流對充液結構的毀傷機理，文中設計了一種半球形聚能裝藥戰斗部，結構如圖 1所示。
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摘 要：本文以聚能戰斗部對充液防護結構的毀傷為研究背景，運用ANSYS/LS_dyna分析了藥型罩壁厚和材料對充液防護結構毀傷效能的影響。結果表明：藥型罩壁厚在0.04Dk~0.06Dk之間形成的桿流對充液防護結構具有較優的侵徹性能，δ<0.04Dk，桿流成型結構較差，在水中的動能抗衰減性能較低，δ>0.06Dk，桿流初始動能低，穿透水層后的剩余能量小，無法形成較大的后效；藥型罩可采用純鐵、紫銅和鉭3種材料，其中純鐵桿流的侵徹能力最高，鉭射流的水中動能抗衰減性能最好，紫銅射流具有較好的綜合性能。
1.前言
多層裝甲與充液艙組合模式是現代常用的防護結構，常規的水下爆破戰斗部很難對其造成致命性的打擊。為了高效打擊水面目標，遂采用聚能戰斗部技術。現目前針對聚能戰斗部水下作用效應的研究較少，本文主要考慮藥型罩結構和材質對聚能射流毀傷充液防護結構的影響。
以半球型聚能戰斗部為設計依據，在戰斗部裝藥結構不變的條件下，通過數值計算的方法研究了不同壁厚、不同罩材的藥型罩對桿射流成型效果及桿流對充液防護結構毀傷效果的影響，得到了有利于侵徹多層充液防護結構的藥型罩壁厚范圍和材料。
2 桿流侵徹充液防護結構數值計算模型
2.1 半球形聚能戰斗部結構設計
為了研究桿式射流對充液結構的毀傷機理，文中設計了一種半球形聚能裝藥戰斗部，結構如圖 1所示。該戰斗部主裝藥采用B炸藥，裝藥直徑Dk和裝藥高度H均為5cm；藥型罩采用等壁厚的半球形結構，外球面半徑為R，內球面半徑為r，壁厚δ為內外球面半徑之差，即δ=R-r，材料為紫銅；起爆點位于主裝藥尾部中心位置處。
圖 1 桿式射流聚能戰斗部結構
2.2充液防護結構設計
本文所研究的充液防護結構為金屬板和水介質組成的多層復合結構，充液防護結構的具體結構如圖 2所示。
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以半球型聚能戰斗部為設計依據，在戰斗部裝藥結構不變的條件下，通過數值計算的方法研究了不同壁厚、不同罩材的藥型罩對桿射流成型效果及桿流對充液防護結構毀傷效果的影響，得到了有利于侵徹多層充液防護結構的藥型罩壁厚范圍和材料。
2 桿流侵徹充液防護結構數值計算模型
2.1數值計算模型
為了研究桿式射流對充液結構的毀傷機理，文中設計了一種半球形聚能裝藥戰斗部，結構如圖 1所示。該戰斗部主裝藥采用B炸藥，裝藥直徑Dk和裝藥高度H均為5cm；藥型罩采用等壁厚的半球形結構，外球面半徑為R，內球面半徑為r，壁厚δ為內外球面半徑之差，即δ=R-r，材料為紫銅；起爆點位于主裝藥尾部中心位置處。
圖 1 桿式射流聚能戰斗部結構
本文所研究的充液防護結構為金屬板和水介質組成的多層復合結構，充液防護結構的具體結構如圖 2所示。由圖可知，該結構主要由液艙前、后壁面、后效靶、水和空氣組成，其中液艙內的水介質厚度為30cm，前壁面和后壁面厚度均為0.4cm，后效靶由3塊厚度均為1cm的等間距間隔鋼板組成，后壁面與后效靶之間為空氣介質。液艙壁面和后效靶均采用45鋼。
圖 2 充液防護結構示意圖
運用Ansys LS-dyna有限元分析軟件建立了聚能戰斗部對充液防護結構侵徹的二維數值計算模型，如圖 3所示，該數值計算模型主要包含了聚能戰斗部、空氣和充液防護結構，計算中聚能戰斗部的侵徹炸高保持1倍裝藥直徑不變。
展開 海洋工程結構與船舶的腐蝕防護——現狀與趨勢
如果沒有有效的腐蝕防護措施, 海洋工程設施在幾年內就會因腐蝕而嚴重破壞。因此, 認識海洋腐蝕防護的重要性, 并大力發展海洋工程設施專用防腐材料, 推進海洋工程設施的全壽命周期維護, 具有極其重要的經濟價值和社會意義。然而, 我國海洋工程的防腐措施薄弱, 亟需加強腐蝕保護。
3海洋腐蝕防護技術的研究進展與發展趨勢
海洋工程構筑物大致分為: 海岸工程 ( 鋼結構、鋼筋混凝土) 、近海工程 ( 海洋平臺、鉆井、采油、儲運) 、深海工程 (海洋平臺、鉆井、采油、儲運) 、海水淡化、艦船 ( 船體、壓載艙、水線以上) , 簡稱為船舶與海洋工程結構。船舶與海洋工程結構的主要失效形式包括: 均勻腐蝕、點蝕、應力腐蝕、腐蝕疲勞、腐蝕/磨損、海生物 (宏生物) 污損、微生物腐蝕、H2S與CO2腐蝕等等。控制船舶和海洋工程結構失效的主要措施包括: 涂料 (涂層) 、耐腐蝕材料、表面處理與改性、電化學保護 ( 犧牲陽極、外加電流陰極保護) 、緩蝕劑、結構健康監測與檢測、安全評價與可靠性分析及壽命評估。
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載貨汽車側防護欄橫桿結構優化
載貨汽車側防護欄橫桿結構優化.doc
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1 建模及優化
1.1 側防護欄橫桿建模
側防護欄一般由2根橫桿、2根豎桿以及2個安裝支架組成，其兩兩之間通常為螺栓連接或者焊接連接，如圖1所示。本文主要關注橫桿的優化與碰撞問題，因此在有限元模型中只需要建立橫桿模型，其余部分采用固定連接即可。橫桿通常由鋼板輥壓成型，其截面多為C型、U型、W型，本文采用的橫桿原始模型為C型。
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商用車側防護欄橫桿結構優化
商用車側防護欄主要作用：
（1）對車輛進行防護，避免油箱、水箱、儲氣罐等重要部件受外力碰撞等的影響下對車輛及人員造成傷害；
（2）防止其他車輛在碰撞作用下轉入車底，對車輛和人員造成二次傷害。
因此，側防護欄的強度對車輛至關重要。本文主要對側防護欄橫桿進行優化，以期達到增加強度的目的。
總所周知，Hyperworks在結構優化及輕量化設計方面比較強大，本文將借助Hyperworks對現有C型橫桿進行Topography形貌優化。
形貌優化.mp4
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碰撞1.mp4
商用車側防護欄橫桿結構優化.ppt
展開 剪切增稠/蜂窩夾芯防護結構仿真模擬（STF） ￥200
[圖片]
AUTODYN | Whipple結構超高速撞擊
針對空間碎片防護問題，有效的手段是在航天器重要部位布置whipple結構。空間碎片高速撞擊Whipple結構防護屏后發生破碎，形成不斷膨脹的碎片云結構，分散了碎片能量，進而起到航天器艙壁防護效果。whipple結構防護性能的研究主要有超高速撞擊試驗和數值模擬。試驗研究主要采用二級輕氣炮開展超高速撞擊試驗，成本較高；數值模擬主要采用SPH方法，不僅能夠彌補試驗的不足，且并能描述撞擊過程波系的傳播、材料的破碎和碎片云的膨脹，是超高速撞擊研究中重要的研究手段，代表性的有限元軟件有AUTODYN和LS-DYNA。
02數值計算模型
參照公開文獻中超高速撞擊試驗建立AUTODYN數值計算模型。采用SPH算法，粒子大小為0.01mm；彈丸材質為2024-T4，直徑D=5.25mm，撞擊速度為5000m/s。
圖 1 超高速撞擊數值計算模型
超高速撞擊中，涉及到了材料的相變。因此采用能夠描述物質凝聚態和膨脹態的Tilloston狀態方程和Steinberg-Guinan本構模型描述高溫高壓下材料的動態力學性能。具體的材料參數見表 1和表 2。
表1 Tilloston狀態方程
表2 Steinberg-Guinan本構模型參數
03結果對比
結合文獻中的試驗數據，分別對鋁合金結構和復合結構進行超高速撞擊模擬，結果對比如圖 2、圖 3。數值計算能夠準確反映出碎片云的基本特征和防護屏穿孔形貌。表 3為特征參數對比結果，數值計算和試驗結果的誤差絕對值在10%以內。
展開 【8月30日-9月1日 深圳】《鋼結構設計標準》GB50017-2017標準宣貫研修班
《鋼結構設計標準》GB50017-2017標準宣貫研修班
一、培訓背景：
國家標準《鋼結構設計標準》于2017年12月12日由住房城鄉建設部第1771號公告批準發布，編號為GB50017-2017，自2018年7月1日起實施。
標準主要技術內容包括：1.總則；2.術語和符號；3.基本設計規定；4.材料；5.結構分析與穩定性設計；6.受彎構件；7.軸心受力構件；8.拉彎、壓彎構件；9.加勁鋼板剪力墻；10.塑性及彎矩調幅設計；11.連接；12.節點；13.鋼管連接節點；14.鋼與混凝土組合梁；15.鋼管混凝土柱及節點；16.疲勞計算及防脆斷設計；17.鋼結構抗震性能化設計；18.鋼結構防護；附錄A-K。
標準本次主要修訂內容有：增加了新的鋼材品種；增加了鋼結構抗震設計相關內容；增加了結構分析方法，首次引入的“直接分析法”和“基于性能的鋼結構抗震設計方法”；增加了簡便快速驗算疲勞強度方法，補充了抗脆斷設計的規定；補充了鋼與混凝土組合梁縱向抗剪設計內容，刪除了與彎筋連接件有關的內容；豐富了節點連接型式，增加了節點剛度判定內容等。
標準第4.3.2、4.4.1、4.4.3、4.4.4、4.4.5、4.4.6、18.3.3條為強制性條文，必須嚴格執行。強制性條文主要從承重結構鋼材力學性能和化學成分、鋼材的設計用強度指標、結構用無縫鋼管強度指標、鑄鋼件強度指標、焊縫強度指標、螺栓連接強度指標、高溫環境下的鋼結構防護措施等方面提出強制性要求。
標準是建筑工程領域的重要標準之一。標準全面總結了我國近年來鋼結構領域的研究成果和工程實踐經驗，技術內容科學合理、可操作性強，其發布實施將進一步推動鋼結構建筑可持續發展。為了及時幫助學員掌握最新的標準條文，特開展此次培訓。
展開 鋰離子電池膨脹分析
鋰離子電池作為電化學儲能的載體，在使用過程中不斷發生化學反應，導致鋰離子電池的內部結構和外部形狀發生變化。鋰離子電池在多次充放電循環過程中，一系列的物理化學變化會在電池內部形成壓力效應。
鋰離子電池膨脹分為可逆膨脹和不可逆膨脹：鋰離子的嵌入和脫嵌導致電池材料的膨脹與收縮引起的可逆膨脹；不可逆的反應沉淀物導致電池電極體積增加永久膨脹。實際工程應用中，鋰離子電池內部顆粒膨脹最終表現為宏觀的電芯體積變化，因而可以從電芯層級的膨脹入手，可減小模型的復雜程度。
那么如何測量電芯膨脹？
現階段常規方法是用千分尺測量電芯厚度變化，或者精確一點設備就是激光位移測量。
如何確定電芯膨脹系數？
在很多學者研究中，可將電芯膨脹和熱膨脹類似，因此模擬采用了熱膨脹分析，那么電芯膨脹系數的獲得就是熱膨脹系數的獲得，需要注意的是電芯膨脹包含了鋰離子嵌入負極產生的膨脹和熱膨脹兩方面。涉及內容很多，這里一時說不完。常規的實驗做法是測量電芯在充電在厚度方向的應變，同時觀測電芯溫升，有了這兩方面數據就可以得出等效熱膨脹系數，這是有研究論證的。
涉及學科：要做到精確的電芯膨脹那就涵蓋了電化學、熱、結構這三方面，電化學分析主要分析電芯內部反應變化，可獲得精確熱量分布；熱分析就是要確定電芯溫度分布，電芯實際發熱是不均勻的，特別是成組后；結構分析就是強度這些了
總之，膨脹對現在大容量電芯影響較大，特別是成組后，需要有合適的熱管理和結構防護。
展開 技術鄰周報Q10：Abaqus/尺寸/isight/彈塑性/Ansys/溫度場/CFD/試驗/LS-DYNA...
10、桿式射流對充液防護結構的毀傷機理及影響因素數值仿真研究
作者：
陳興
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1813377
本文以聚能戰斗部對艦船充液防護結構的毀傷為研究背景，運用ANSYS/LS_dyna分析了藥型罩壁厚和材料對充液防護結構毀傷效能的影響。結果表明：藥型罩壁厚在0.04Dk~0.06Dk之間形成的桿流對充液防護結構具有較優的侵徹性能，δ<0.04Dk，桿流成型結構較差，在水中的動能抗衰減性能較低，δ>0.06Dk，桿流初始動能低，穿透水層后的剩余能量小，無法形成較大的后效；藥型罩可采用純鐵、紫銅和鉭3種材料，其中純鐵桿流的侵徹能力最高，鉭射流的水中動能抗衰減性能最好，紫銅射流具有較好的綜合性能。
11、彈體高速撞擊擋風玻璃的FEM-SPH仿真對比分析
作者：
豐_6487
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1813525
高速彈體侵徹的顯示動力學仿真已經有很多學者對此進行了透徹的研究，按照侵徹目標體建模采用的算法可分為彈體侵徹FEM目標體、彈體侵徹SPH目標體。FEM算法由于計算效率高、邊界條件易于處理而得到廣泛應用，采用SPH算法能夠更加準確反映大變形問題，如破碎、裂紋等物理想象而多被用于科學研究中。本文針對于此，分別采用FEM SPH算法建立了高速彈體沖擊擋風玻璃的仿真建模，對比了兩種不同建模方法實現沖擊擋風玻璃后損失形貌與實際形貌的準確度，總結了FEM與SPH算法各自的優缺點，最后對此類侵徹問題的發展趨勢做出了展望。
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彈靶高速碰撞碎片云團形成SPH模擬
隨著我國空間探索計劃的飛速發展，空間飛行器對空間碎片的防護問題顯得越來越緊迫。防護方案的設計依據是彈丸超高速碰撞薄板所形成的碎片云團的動力特性。為了達到理想的防護效果，需要對彈丸超高速碰撞薄板所形成的碎片云團的特性進行細致而全面的了解。雖然目前已根據二級輕氣炮實驗得到了碰撞速度為5～7 km／s的一些經驗數據，但對碎片云團特性的全面了解還不深入，特別是對于10 km／s左右的碰撞速度條件，實驗室還難以達到，因此只能用數值模擬技術對防護結構的防護性能進行預測性研究。由于彈丸超高速碰撞薄板形成碎片云團的過程是一個大變形過程，當采用常規有限
元方法處理時，局部可能出現計算網格扭曲造成的計算結果嚴重失真，并且網格重構與細化將大量消耗計算資源，使得計算分析等工作難以進行。采用粒子方法可以避免高維拉氏網格方法中的網格纏繞和扭曲等問題，因而特別適合于計算有大變形存在的高速碰撞問題。
光滑粒子流體動力學(Smoothed Particle Hydrodynamics，簡記為SPH)方法的基本思想是將整個流場的物質離散為一系列具有質量、速度和能量的“粒子”，然后通過一個稱為“核函數”的積分進行“核函數估值”，從而求得流場中不同位置在不同時刻的各種動力學量。這是一種純拉氏的粒子方法，本質上不需要使用網格，且邏輯簡單。自從L．D．Libersky等將材料強度效應引入SPH方法，成功地開展了高速碰撞數值模擬的計算之后，G．R．Johnson等、J．Campbell等先后在侵徹貫穿方面的數值計算取得了有意義的結果。A．N．Parshikov等基于黎曼解的思想，提出用黎曼解來描述粒子之間的相互作用，在改善界面計算精度的方面取得了一定的效果。
將用改進的SPH方法數值計算三維軸對稱坐標下的彈丸超高速碰撞薄板的問題，給出碎片云形成的過程。
展開 寧波材料所在國產高強高模碳纖維結構性能關聯性研究領域取得進展
高強高模碳纖維具有高比模量、熱膨脹系數小、尺寸穩定等系列優點，是衛星和航天器的主體結構、功能結構和防護結構等不可替代的關鍵材料。中國科學院寧波材料所特種纖維事業部長期致力于國產高性能碳纖維技術研發，于2016年2月、2018年3月相繼實現國產M55J、M60J高強高模碳纖維制備技術突破。
圖1 國產M55J高模碳纖維與東麗M55J纖維截面形貌對比
在國產高強高模碳纖維系列化制備技術基礎上，特種纖維事業部針對國產M55J級高強高模碳纖維微觀結構-宏觀性能關聯性等領域基礎科學問題開展了深入研究，通過纖維截面形貌研究發現，國產M55J高模碳纖維截面呈規則圓形，而東麗M55J碳纖維呈腰形（圖1），進一步通過高溫石墨化過程中纖維石墨特征結構演變機理研究發現，高模碳纖維拉伸模量與Raman光譜中無序結構D峰、石墨特征結構G峰的半高寬存在一定函數關系，D峰、G峰半高寬值越小，纖維拉伸模量越高；同時，國產M55J碳纖維拉伸強度高達4.86GPa，顯著高于東麗M55J碳纖維的4.02GPa，結合該性能差異針對其微觀結構研究發現，石墨微晶層間距和微晶取向是影響高模碳纖維拉伸強度關鍵因素，國產M55J高模碳纖維與東麗M55J碳纖維石墨微晶層間距相同，但國產M55J高模碳纖維具有更高石墨微晶取向（圖2），說明高取向石墨微晶結構有利于高模碳纖維拉伸強度的提高。該系列研究成果發表在Composites Part A: Applied Science and Manufacturing. 2018, 112:111-118；Journal of Raman Spectroscopy，2019，doi.org/10.1002/jrs.5569等期刊上。
展開 2025大賽優秀作品 | GFRP柔性防車撞護板沖擊試驗與仿真應用研究
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</figure><p class="ql-align-center">圖2 防護結構沖擊壓潰最大變形對比</p><p>作者所在機構希望通過仿真工具在有限時間內研究新型組合式交通護欄的防撞性能，同時評估不同種類、構造的防護結構優劣。通過建立既滿足精度又兼顧效率的詳細模擬方法，模擬GFRP防撞護板在車輛沖擊下的性能變化。虛擬仿真結果必須與物理試驗結果吻合，從而讓仿真技術為防護結構的性能評價與選型上節約時間和設計成本。
展開 基于HyperStudy行人與車輛碰撞腿部傷害分析
為了降低行人腿部所受的傷害通常在車輛前端增加防護結構吸收行人腿部的碰撞能量，來減輕行人腿部所受傷害。腿部防護結構的材料、厚度及相對與小腿模型的碰撞位置關系均對行人小腿傷害產生影響。因此本文利用HyperStudy軟件對影響小腿傷害值的關鍵參數進行DOE實驗設計，通過分析找出主要影響參數進而進行設計改進。
2 Study模型建立
本文首先利用Altair公司HyperMesh軟件進行行人與車輛有限元仿真模型搭建，如圖1所示。建模時僅考慮前端結構對小腿碰撞的影響，基本網格尺寸控制在5mm×5mm[3]。
將搭建好的有限元模型導出.K文件格式并利用LS-DYNA求解器進行計算。因此在HyperStudy中需要配置LS-DYNA求解器執行腳本，并設置求解器輸入相關要求，包括存儲路徑、CPU個數設置、運算內存設置。
2.1 設計變量定義
腿部防護結構通常由前橫梁吸能泡沫和安裝在發動機底部護板上方的塑料支撐件組成，吸能泡沫壓縮剛度及支撐件的X向剛度的設計尤為重要。另外小腿碰撞模型與車輛前端第一接觸時刻，小腿底部離地面間隙也會對小腿傷害產生一定影響。如圖2所示，黃色部分為小腿沖擊模塊、綠色部分為緩沖塊泡沫、藍色部分為下支撐件。
因此考慮以上因素，選取DOE設計變量為小腿底部離地面間隙H、吸能泡沫密度RO、發動機底部支撐件厚度T。設計變量及其水平見表1所示。
2.2 響應定義
本次實驗分析的目的就是為了降低行人小腿傷害值，系統的輸出（響應）是行人小腿傷害值即脛骨加速度(X-ACC)、膝部彎曲角(BENDING)、膝部剪切位移(SHEARING)。
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