砰擊載荷下輕質(zhì)波紋夾芯夾層板動力響應(yīng)特性分析

田 媛，劉 均，汪 浩，程遠勝

（華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，湖北武漢430074）

砰擊載荷下輕質(zhì)波紋夾芯夾層板動力響應(yīng)特性分析

田 媛，劉 均，汪 浩，程遠勝

（華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院，湖北武漢430074）

文章對輕質(zhì)波紋夾芯夾層板（Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates,LWCCSP）在不同入水速度下（1-6 m/s）的流-固耦合非線性動力學(xué)行為進行了分析。建立了氣—液—固三相數(shù)值模型，通過顯式動力求解獲得了輕質(zhì)波紋夾芯夾層板砰擊壓力的分布特點及結(jié)構(gòu)變形規(guī)律，并與同等質(zhì)量的加筋板在流固砰擊下的非線性力學(xué)行為進行了對比，并研究了輕質(zhì)波紋夾芯夾層板主要設(shè)計參數(shù)對其砰擊響應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明，輕質(zhì)波紋夾芯夾層板較同等質(zhì)量的加筋板表現(xiàn)出更好的抗砰擊性能；下面板厚度、芯層厚度的增加在一定范圍內(nèi)可以有效提高輕質(zhì)波紋夾芯夾層板的抗砰擊性能。

輕質(zhì)波紋夾芯夾層板；入水砰擊；動態(tài)響應(yīng)；LS-DYNA

0 引 言

砰擊是一種典型的流-固沖擊現(xiàn)象，其廣泛存在于自然界中，船舶航行于惡劣的海洋環(huán)境中時會受到來自流體環(huán)境的砰擊載荷作用。當(dāng)船體結(jié)構(gòu)受到過大的砰擊載荷作用時會造成結(jié)構(gòu)的塑性變形甚至失效[1]。因此，各國軍、民用船舶規(guī)范對砰擊載荷下的結(jié)構(gòu)設(shè)計均做出了專門要求[2]，各國學(xué)者對結(jié)構(gòu)入水產(chǎn)生的砰擊問題亦開展了大量的理論、數(shù)值分析和實驗研究工作。Ochi和Motter[3]基于沖量理論，根據(jù)實船的測量數(shù)據(jù)提出了預(yù)測砰擊壓力的經(jīng)驗公式。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，有限元仿真技術(shù)開始應(yīng)用于分析砰擊壓力問題。Yang[5]等運用FLUENT軟件，模擬分析了二維楔形體的入水砰擊問題。駱寒冰等[6-7]針對二維和三維楔形體的入水砰擊進行了數(shù)值模擬和分析。在現(xiàn)有的文獻中，對于楔形體的砰擊入水問題研究較多，而對于平底結(jié)構(gòu)砰擊入水問題（如雙體船濕甲板、巡邏艇外底板）的關(guān)注較少。同時，大多數(shù)研究僅局限于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，而對于新興金屬夾層結(jié)構(gòu)的入水砰擊響應(yīng)研究還不多見。金屬夾層結(jié)構(gòu)具有重量輕、比強高、易于加工等優(yōu)點[8]，其在生產(chǎn)工藝、靜動態(tài)力學(xué)特性等方面與傳統(tǒng)型式結(jié)構(gòu)有著較大區(qū)別，對其進行“多功能化”設(shè)計后，金屬夾層結(jié)構(gòu)在聲學(xué)、疲勞、抗沖擊等方面具有傳統(tǒng)加筋板結(jié)構(gòu)無法比擬優(yōu)勢[9-10]。近年來金屬夾層結(jié)構(gòu)在船舶與海洋工程領(lǐng)域的應(yīng)用得到了廣泛的重視[11-12]。輕質(zhì)波紋夾芯夾層板是金屬夾層結(jié)構(gòu)的一種，其由兩塊金屬面板和V型折疊式夾芯通過激光焊接連接而成，同樣具有金屬夾層結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能。

本文以輕質(zhì)波紋夾芯夾層板（LWCCSP）為研究對象，利用非線性有限元程序LS-DYNA對其在砰擊載荷下的流—固耦合砰擊動力學(xué)行為進行分析，并與同質(zhì)量下的傳統(tǒng)加筋板抗砰擊性能進行對比。在此基礎(chǔ)上分析下面板厚度、芯層厚度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對其砰擊性能的影響，旨在為指導(dǎo)輕質(zhì)波紋夾芯夾層板在雙體船等實際工程上的設(shè)計與應(yīng)用提供參考。

1 結(jié)構(gòu)幾何模型與特征參數(shù)

1.1 幾何模型

圖1為LWCCSP結(jié)構(gòu)示意圖。LWCCSP由上、下面板及波紋夾芯組成。輕質(zhì)波紋夾芯夾層板長為a，寬為b，上面板厚度與下面板厚度分別為tt和tb，夾芯厚度為tc，芯層高度H，夾芯層單元間距c。本文所研究的LWCCSP結(jié)構(gòu)在長度方向包含6個相同的胞元。

圖1 LWCCSP結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 A light weight corrugated-core sandwich plate

圖2為對比加筋板結(jié)構(gòu)示意圖。其中加筋為9#球扁鋼，均勻分布于船寬方向。加筋板面板厚度為6 mm，總質(zhì)量為56.4 kg。

LWCCSP基本參數(shù)尺寸見表1。其長度、寬度以及質(zhì)量與對比對象加筋板相同。本文將計算該尺寸下LWCCSP與加筋板兩者在1-6 m/s入水速度下的砰擊響應(yīng)特性。

圖2 加筋板結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 The parameters of a stiffened plate

表1 LWCCSP參數(shù)尺寸Tab.1 Size of LWCCSP

2 數(shù)值計算模型

2.1 有限元模型

在研究平底結(jié)構(gòu)體入水時通常不能忽略空氣層的影響，位于結(jié)構(gòu)底部和水表面之間的空氣在結(jié)構(gòu)的入水過程中起到了緩沖的作用，忽略空氣的存在在理論上甚至?xí)o出奇異的解。因此需要建立一個包含氣一水一固三種介質(zhì)耦合作用的模型才能夠更加準(zhǔn)確地反映出結(jié)構(gòu)入水的真實過程。

圖3 結(jié)構(gòu)砰擊入水模型及有限元模型Fig.3 Finite element model of structure,air and water

圖3為LWCCSP砰擊響應(yīng)特性計算用氣—液—固三相有限元模型。流體域包括兩部分：上部分為空氣，下部分為水域。結(jié)構(gòu)初始時刻位于空氣域中，其底面距靜水面100 mm。

圖3右側(cè)為加筋板與LWCCSP的結(jié)構(gòu)有限元模型。在實際船舶中，板格四周邊界為對稱邊界條件，同時四周均為強構(gòu)件，因此可以簡化為四邊固支。而在有限元計算中，將板格四邊固支無法模擬砰擊運動，因此會在兩種結(jié)構(gòu)四周加有等高等質(zhì)量的剛性圍板，以模擬其固支邊界。此時板格只有垂直于水面的自由度，其余自由度被四周剛形體所限制，與實際板格的邊界條件是相符的。

加筋板與輕質(zhì)波紋夾芯夾層板網(wǎng)格劃分如圖3所示。對于流體域，采用非等分線段劃分網(wǎng)格，在結(jié)構(gòu)關(guān)注點之外的網(wǎng)格劃分得比較稀疏，設(shè)置Spacing Ratio為5；而將結(jié)構(gòu)附近的流體網(wǎng)格劃分得較密一些，采用等分網(wǎng)格，網(wǎng)格單元大小與結(jié)構(gòu)單元大小相當(dāng)，以保證計算精度。

2.2 材料模型

文中結(jié)構(gòu)（LWCCSP與加筋板）采用Lagrange殼單元（Shell163）模擬（9號球扁鋼腹板用殼單元shell163模擬，球頭用梁單元beam161模擬），使用MAT_PLASTIC_KINEMATIC材料模型。結(jié)構(gòu)材料為某船用鋼材，其材料參數(shù)：彈性模量E=210 GPa，泊松比ν=0.3，密度ρ=7 830 kg/m3，靜態(tài)屈服極限σ0= 317.6 MPa，本文采用Cowper-Symonds本構(gòu)方程描述材料在砰擊載荷下的應(yīng)變率效應(yīng)：

表2 空氣的線性多項式Polynomial狀態(tài)方程中各參數(shù)值Tab.2 The polynomial equation of state of the air parameters

水和空氣均采用*MAT_NULL材料模式?？諝獾臓顟B(tài)方程通過Linear-polynomial定義，水的壓力和體積的關(guān)系通過Gruneisen狀態(tài)方程給出，具體參數(shù)見表2和表3[13]。流體采用Euler/ALE多物質(zhì)單元算法模擬。

2.3 流—固耦合與邊界條件

對于LWCCSP結(jié)構(gòu)，設(shè)置下面板與空氣和水域耦合；對于加筋板，設(shè)置面板與空氣和水域耦合，定義關(guān)鍵字*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與流體間的耦合。在模擬結(jié)構(gòu)砰擊入水時,流體域大小必須滿足一定條件以避免邊界對結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的影響。本文設(shè)置流體域長度、寬度及深度應(yīng)分別是結(jié)構(gòu)長度、寬度及入水深度的4倍。同時在邊界上使用無反射邊界條件。

表3 水的線性多項式Gruneisen狀態(tài)方程中各參數(shù)值Tab.3 The Gruneisen equation of state of the water parameters

3 瞬態(tài)動力結(jié)果分析

3.1 結(jié)構(gòu)砰擊入水時間歷程

結(jié)構(gòu)的砰擊入水是一個復(fù)雜的瞬態(tài)流固耦合過程。圖4為LWCCSP以v=5 m/s恒定速度向水中下落時不同時刻液面的變化情況。結(jié)構(gòu)入水時，由于水的沖擊作用，一些水質(zhì)點脫離水面與空氣混合，形成一種新的氣水混合物，稱為空氣墊。當(dāng)結(jié)構(gòu)下落至接近空氣與水的交界面，結(jié)構(gòu)和空氣墊共同對水域產(chǎn)生擠壓作用，使得水面發(fā)生變形，某些水質(zhì)點獲得較高的運動速度而脫離原來的水面，在結(jié)構(gòu)的邊界處積累到一定量時形成射流。隨著結(jié)構(gòu)下落深度的增加，液面分離射流越來越明顯。

圖4 LWCCSP以5 m/s速度入水砰擊過程Fig.4 Process of water entry of LWCCSP at v=5 m/s

3.2 砰擊壓力

結(jié)構(gòu)在砰擊入水過程中，砰擊壓力最大處一般發(fā)生在結(jié)構(gòu)的耦合面中心區(qū)域，因此本文選取兩種結(jié)構(gòu)的耦合面中心點砰擊歷程曲線進行分析。圖5為加筋板中心與LWCCSP下面板中心處在5 m/s入水速度下砰擊壓力時間歷程曲線。入水砰擊過程中加筋板與LWCCSP的耦合面受到的砰擊壓力隨時間變化的規(guī)律是一致的，即：結(jié)構(gòu)以恒定速度從空氣垂直落入水面，在空氣中運動時，壓力載荷幾乎為零。當(dāng)結(jié)構(gòu)下降到與水面相距極近時，結(jié)構(gòu)受到的壓力載荷迅速上升，在極短的時間（約5 ms）內(nèi)壓力達到峰值，又在極短的時間（約5 ms）內(nèi)衰減下去。加筋板受到的最大砰擊壓力Pmax=0.95 MPa，對應(yīng)的時間T1=24.1 ms，波紋夾層板受到的最大砰擊壓力Pmax=0.62 MPa，對應(yīng)的時間T2=23.2 ms。

Chuang[14]在一系列砰擊試驗中觀察到剛體平板的砰擊壓力分布是不均勻的，其峰值自中心向邊緣逐漸減小。對于加筋板與LWCCSP，耦合面砰擊壓力的分布也是不均勻的，如圖6、7所示。圖6為加筋板在速度v=5 m/s，時間t=T1（加筋板中心點所受砰擊壓力最大時）時結(jié)構(gòu)的砰擊壓力分布曲線。圖7為波紋夾層板在速度v-=5 m/s，時間t=T2（波紋夾層板中心點所受砰擊壓力最大時）時結(jié)構(gòu)的砰擊壓力分布曲線。

從圖6、7可以總結(jié)出如下規(guī)律：

（1）兩種結(jié)構(gòu)受到的最大砰擊壓力的分布特點為中部的砰擊壓力較高，靠近邊界處的壓力較低。

（2）兩種結(jié)構(gòu)砰擊壓力分布從中心區(qū)域至邊界呈減小趨勢，壓力峰值并不位于結(jié)構(gòu)幾何中心點。在落水速度v=5 m/s情況下，對于加筋板，結(jié)構(gòu)所受砰擊壓力最大處坐標(biāo)為（0，0.2），而波紋夾層板所受砰擊壓力最大處坐標(biāo)為（0.1，0.2）。這可能是由于結(jié)構(gòu)加筋或者夾層板芯層與面板交接線的存在，使得結(jié)構(gòu)局部剛度發(fā)生變化，從而引起了壓力分布的變化。

經(jīng)過計算，兩種結(jié)構(gòu)在不同的入水速度下受到最大砰擊壓力的位置有所不同，但都分布于一定的區(qū)域內(nèi)。在1-6 m/s入水速度下，加筋板受到最大砰擊壓力的位置都位于以加筋板中心點為圓心，半徑r=0.2 m的圓形區(qū)域內(nèi)。而對于輕質(zhì)波紋夾層板，受到最大砰擊壓力的位置都位于x=±0.1（-0.2≤y≤0.2）的兩條直線上。

圖5 加筋板中心點與LWCCSP下面板中心點入水砰擊歷程曲線Fig.5 Pressure-time history of the center of the stiffened plate and LWCCSP

圖6 加筋板砰擊壓力分布Fig.6 Impact pressure distribution of the stiffened plate

圖7 輕質(zhì)波紋夾芯夾層板砰擊壓力分布Fig.7 Impact pressure distribution of LWCCSP

加筋板與LWCCSP耦合面受到砰擊壓力峰值隨速度的變化規(guī)律見圖8。在1-6 m/s入水速度下，兩種結(jié)構(gòu)壓力峰值隨入水速度的增加呈近似線性增長。從圖8中可以看出，在1 m/s至4 m/s入水速度下，輕質(zhì)波紋夾芯夾層板下面板所受砰擊壓力峰值與加筋板相差無幾，且隨著速度的增大（5-6 m/ s），輕質(zhì)波紋夾芯夾層板壓力峰值隨速度的增加幅度減小，使得壓力峰值小于響應(yīng)加筋板的壓力峰值。而輕質(zhì)波紋夾芯夾層板與加筋板耦合面平均壓力相差卻很小，輕質(zhì)波紋夾芯夾層板平均壓力甚至稍大，這可能由于輕質(zhì)波紋夾芯夾層板胞元沿板長分布均勻且密集，從而使整個耦合面砰擊壓力分布較加筋板均勻。

3.3 結(jié)構(gòu)變形

圖8 結(jié)構(gòu)砰擊壓力峰值隨速度的變化Fig.8 Impact pressure-velocity curve of structures

圖9為兩種結(jié)構(gòu)在入水速度為5 m/s，受到砰擊壓力最大時觸水面的位移云圖。圖10、11為兩種結(jié)構(gòu)在入水速度為5 m/s時從中心點沿X，Y方向的變形曲線。

圖9 加筋板與LWCCSP下面板位移云圖Fig.9 Displacement contours of the stiffened plate and bottom plate of the LWCCSP

從圖10、11可以總結(jié)出如下規(guī)律：

（1）加筋板變形的峰值位于幾何的中心點，輕質(zhì)波紋夾層板變形的峰值則有兩處，分別位于y=0 m，x=±0.1 m這兩點。

（2）加筋板從中心點至邊界變形呈減小趨勢。在x=±0.2 m加筋處，局部剛度較大，因此變形較小。

圖10 加筋板變形分布Fig.10 Deformation distribution of the stiffened plate

圖11 輕質(zhì)波紋夾芯夾層板變形分布Fig.11 Deformation distribution of LWCCSP

（3）輕質(zhì)波紋夾層板的變形自中心點沿X方向呈波浪式減小。在芯層與下面板相連處，局部剛度較大，變形減小，出現(xiàn)局部極小值；夾層板自中心點沿Y方向變形逐漸減小。

圖12為加筋板與LWCCSP在入水砰擊過程中產(chǎn)生的最大變形隨入水速度的變化。在入水速度為1-6 m/s情況下，兩種結(jié)構(gòu)最大變形隨入水速度呈近似線性增長。在相同的入水速度下，輕質(zhì)波紋夾芯夾層板下面板所產(chǎn)生的最大變形比加筋板所產(chǎn)生的最大變形要小，且兩種結(jié)構(gòu)中心點變形的差距隨著速度的增加而增大。當(dāng)入水速度增至6 m/s時，輕質(zhì)波紋夾芯夾層板中心點變形比加筋板中心點變形減小了將近44%，表現(xiàn)出了優(yōu)越的抗砰擊響應(yīng)性能。

圖12 加筋板與LWCCSP最大變形對比Fig.12 Max deflection comparison of the stiffened plate and LWCCSP

4 結(jié)構(gòu)參數(shù)分析

4.1 下面板厚度對抗砰擊性能的影響

改變下面板厚度，分別取tb=1.5、2.5、3.5、4.5和5.5 mm，其余尺寸不變，研究觸水面板厚度對LWCCSP抗砰擊性能的影響。計算結(jié)果如圖13、14所示。

圖13 結(jié)構(gòu)砰擊壓力隨下面板厚度的變化Fig.13 Impact pressure with different bottom plate thickness of structure

圖14 下面板中心點變形隨下面板厚度的變化Fig.14 Deformation with different bottom plate thickness of structure

取輕質(zhì)波紋夾層板觸水面板中心點為研究對象，分析結(jié)構(gòu)的砰擊壓力與變形隨下面板厚度的變化規(guī)律。由圖13可以看出，隨著下面板厚度的增加，耦合面平均壓力與中心點壓力都有上升的趨勢。這主要由于下面板厚度的增加增大了結(jié)構(gòu)的剛度，使結(jié)構(gòu)變硬，從而所受砰擊壓力隨之增加。圖14為不同下面板厚度對應(yīng)的結(jié)構(gòu)變形量。下面板厚度從1.5 mm增加到2.5 mm時，結(jié)構(gòu)整體變形降低了14%左右。繼續(xù)增大下面板厚度，結(jié)構(gòu)整體變形沒有明顯的改善，反而有增大的趨勢，這主要是由于隨著下面板厚度的增加，在結(jié)構(gòu)剛度增大的同時，砰擊壓力也隨之增大。綜上可知，下面板厚度的增加使輕質(zhì)波紋夾芯夾層板的砰擊壓力增加，而變形有下降趨勢。當(dāng)下面板厚度增加到一定數(shù)值，變形不再減小。且下面板厚度過大會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)重量增加，喪失了輕質(zhì)波紋夾芯夾層板結(jié)構(gòu)的優(yōu)良性能。因此存在最優(yōu)下面板厚度使輕質(zhì)波紋夾芯夾層板抗砰擊性能最佳。

4.2 芯層厚度對抗砰擊性能的影響

改變夾芯層面厚度tc，分別取tc=1.5 mm、2.5 mm、3.5 mm、4.5 mm和5.5 mm，其余尺寸不變，研究夾芯層厚度對LWCCSP抗砰擊性能的影響。計算結(jié)果如圖15、16所示。

圖15 砰擊壓力峰值隨芯層厚度的變化Fig.15 Impact pressure with different core thickness of structure

圖16 下面板中心點變形隨芯層厚度的變化Fig.16 Deformation with different core thickness of structure

由圖15可知，當(dāng)夾層板芯層的厚度在1.5～5.5mm范圍內(nèi)，芯層厚度的增加對砰擊壓力的影響不大。而對結(jié)構(gòu)變形的減小是有一定好處的。從圖16可以看出，當(dāng)芯層厚度從1.5 mm增加至5.5 mm時，夾層板的變形減小了近50%?？梢缘贸鼋Y(jié)論：在一定范圍內(nèi)，輕質(zhì)波紋夾芯夾層板所受的砰擊壓力對芯層厚度不敏感，但增加芯層厚度可有效減小結(jié)構(gòu)的變形。

5 結(jié) 論

本文對輕質(zhì)波紋夾芯夾層板的砰擊響應(yīng)性能進行了數(shù)值仿真分析研究，并將其與同質(zhì)量的加筋板進行了對比。探討了輕質(zhì)波紋夾芯夾層板下面板厚度、芯層厚度對輕質(zhì)波紋夾芯夾層板入水砰擊壓力和結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響，得出以下結(jié)論：

（1）在1-6 m/s入水速度下，輕質(zhì)波紋夾芯夾層板與加筋板所受砰擊壓力與入水速度呈近似線性關(guān)系。入水速度較小時（1-4 m/s），輕質(zhì)波紋夾芯夾層板并沒有明顯的抗砰擊優(yōu)勢，然而隨著入水速度的增加（6m/s），中心點砰擊壓力輕質(zhì)波紋夾芯夾層板較加筋板低將近15%。兩種結(jié)構(gòu)觸水面平均壓力相差不大。在相同的入水速度下，兩種結(jié)構(gòu)在入水過程中產(chǎn)生的砰擊壓力峰值自中心點至邊界呈波浪式減小趨勢。兩種結(jié)構(gòu)在不同的入水速度下受到最大砰擊壓力的位置有所不同，但都分布于一定的區(qū)域內(nèi)。在1-6 m/s入水速度下，加筋板受到最大砰擊壓力的位置都位于以加筋板中心點為圓心，半徑r=0.2 m的圓形區(qū)域內(nèi)。而對于輕質(zhì)波紋夾層板，受到最大砰擊壓力的位置都位于x=±0.1（-0.2≤y≤0.2）的兩條直線上。

（2）在相同的入水速度下，兩種結(jié)構(gòu)在入水過程中產(chǎn)生的最大變形自中心點至邊界呈減小趨勢，局部（加筋處或夾層板芯層與下面板連接處）由于剛度較大，變形明顯減?。惠p質(zhì)波紋夾芯夾層板變形較加筋板明顯降低，且隨著入水速度的增加，這種趨勢更加顯著。當(dāng)速度增加至6 m/s，輕質(zhì)波紋夾芯夾層板最大變形比加筋板減小約44%。從結(jié)構(gòu)變形分析可以看出，輕質(zhì)波紋夾芯夾層板抗砰擊性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)加筋板。

（3）在一定范圍內(nèi)，輕質(zhì)波紋夾芯夾層板下面板厚度及芯層厚度的增加增大了整個輕質(zhì)波紋夾芯夾層板的剛度，使得輕質(zhì)波紋夾芯夾層板所受砰擊壓力增加，但較大程度上減小了輕質(zhì)波紋夾芯夾層板的整體變形，且存在最佳下面板厚度和芯層厚度使其砰擊性能最佳。在一定范圍內(nèi)，輕質(zhì)波紋夾芯夾層板所受的砰擊壓力對芯層厚度不敏感，但增加芯層厚度可有效減小結(jié)構(gòu)的變形。

[1]Paik J K,Shin Y S.Structural damage and strength criteria for ship stiffened panels under impact pressure actions arising from sloshing,slamming and green water loading[J].Ships and Offshore Structures,2006,1(3):249-256.

[2]American Bureau of Shipping.ABS-Guide for building and classing high speed naval craft[S].2007.

[3]Ochi M K,Motter L E.Prediction of slamming characteristics and hull responses for ship design[J].Transaction of the Society of Naval Architects and Marine Engineers,1973,81:144-176.

[4]Stavovy A B,Chuang S L.Analytical determination of slamming pressures for high speed vessels in waves[J].Journal of Ship Research,1976,20:190-198.

[5]Yang S H,Lee H H,Park T H,et al.Experimental and numerical study on the water entry of symmetric wedges and a stern section of modern containership[C]//PRADS.Houston,USA,2007:518-526.

[6]駱寒冰,張 智,王 輝.三維加筋板楔形體結(jié)構(gòu)水彈性砰擊的ALE數(shù)值模擬研究[J].船舶力學(xué),2013,17(1-2):84-91. Luo H B,Zhang Z,Wang H.Hydroelastic simulation of one 3D free-drop wedge with stiffened panels using ALE method [J].Journal of Ship Mechanics,2013,17(1-2):84-91.

[7]駱寒冰,等.基于顯式有限元方法的二維楔形剛體入水砰擊載荷并行計算預(yù)報[J].船舶力學(xué),2012,16(8):907-914. Luo H B,et al.Parallel computing simulation of water entry of a 2D rigid wedge using an explicit finite element method [J].Journal of Ship Mechanics,2012,16(8):907-914.

[8]Garescì F.Static and dynamic analysis of bonded sandwich plates[J].International Journal of Adhesion and Adhesives, 2012,33:7-14.

[9]Zhu S Q,Chai G B.Impact of aluminum,CFRP laminates,fibre-metal laminates and sandwich panels[J].Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series,2013,7:199-205.

[10]Sun Y G,Gao L.Structural responses of all-composite improved-pyramidal truss sandwich cores[J].Materials and Design,2013,43:50-58.

[11]Sohel K M A,Richard Liew J Y,Yan J B,et al.Behavior of steel-concrete-steel sandwich structures with lightweight cement composite and novel shear connectors[J].Composite Structures,2012,94(12):3500-3509.

[12]Bella G Di,Calabrese L,Borsellino C.Mechanical characterisation of a glass/polyester sandwich structure for marine applications[J].Materials and Design,2012,42:486-494.

[13]張曉波.船底結(jié)構(gòu)砰擊時的流固耦合數(shù)值模擬[D].大連:大連理工大學(xué),2007.

[14]Chuang S L.Investigation of impact of rigid and elastic bodies with water[R].1970,NSRDC-TR-3248.

Dynamic response of Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates subjected to slamming impact

TIAN Yuan,LIU Jun,WANG Hao,CHENG Yuan-sheng
(School of Naval Architecture and Ocean Engineering,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China)

The fluid-solid interaction dynamic responses for Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates (LWCCSP)under different water-impact velocities(1-6 m/s)are investigated.The FEM computational model of multi-physics(air-water-solid)is built.The characteristics of slamming pressure and structure deformation are obtained based on the explicit dynamics analysis and are compared with those of stiffened plates with the same mass.Meanwhile the influences of main parameters of LWCCSP are researched.The results show that anti-slamming properties of LWCCSP are much better than those of stiffened plates with the same mass.Adding the sheet thickness of bottom plate and sandwich core can effectively improve the anti-slamming properties of LWCCSP to some extent.

Light Weight Corrugated-Core Sandwich Plates;slamming loads;dynamic response; LS-DYNA

TM344.1

：A

10.3969/j.issn.1007-7294.2016.10.010

1007-7294（2016）10-1299-10

2016-04-08

國家自然科學(xué)基金（51079058）；國家自然科學(xué)基金（51279065）

田 媛（1988-），女，碩士研究生，E-mail:tianyuan@hust.edu.cn；劉 均（1981-），男，博士，講師；汪 浩（1984-），男，博士；程遠勝（1962-），男，教授，博士生導(dǎo)師。