H型混杂连接接头设计与力学性能分析
发布时间：2022-04-26 18:52
复合材料广泛应用于船舶上层建筑及其内部结构,势必会带来复合材料与钢质甲板间的连接可靠性问题。连接结构是船体结构的薄弱环节,其性能特征关系到整船的安全,因此,本文以船用复合材料与金属连接问题为研究背景,通过设计新型复合材料与金属混杂连接接头,研究连接接头在静力和疲劳载荷下的强度特性、失效模式、疲劳寿命等力学性能,为船舶复合材料连接结构的设计及实际应用等提供有益的参考。首先,进行了混杂连接接头的构型设计。通过综合考虑混杂连接接头的选材和设计原则,选择以平面编织玻璃纤维复合材料面板,PVC泡沫夹芯,船用921A钢等作为接头主要材料;采用双剪的螺栓连接结构形式,并以夹芯结构理论为基础,按照螺栓连接结构几何参数设计标准进行接头的尺寸设计,最终完成了H型混杂连接接头的构型设计工作。然后,针对H型混杂连接接头进行了有限元仿真分析。利用有限元分析软件Abaqus建立了H型混杂连接接头的有限元模型,并定义了适用于本文平面编织复合材料的三维Hashin损伤判别准则,得到了接头的应力分布,极限承载能力以及损伤失效模式等。接下来对接头开展了静态特性研究。通过三组静态试验件得到的极限承载力、失效破坏模式、应变分...
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外的研究现状及分析
1.2.1 复合材料连接技术及研究
1.2.2 复合材料夹芯结构的研究
1.2.3 复合材料连接接头的研究
1.2.4 国内外文献综述的简析
1.3 本文主要研究内容
第2章 H型混杂连接接头构型设计及仿真分析
2.1 引言
2.2 复合材料夹芯结构力学基础
2.2.1 夹芯结构理论分析方法
2.2.2 夹芯结构理论工程算法
2.2.3 夹芯结构破坏模式
2.3 接头选材原则
2.4 接头设计原则
2.5 接头构型设计
2.6 接头有限元建模
2.6.1 几何模型
2.6.2 网格划分
2.6.3 接触与边界条件
2.7 损伤失效判别
2.7.1 失效准则选取
2.7.2 刚度退化模型
2.7.3 渐进失效分析过程
2.8 有限元分析结果
2.9 本章小结
第3章 H型混杂连接接头静态特性研究
3.1 引言
3.2 静态试验过程
3.2.1 试验设备
3.2.2 试件及工装
3.2.3 试验步骤
3.3 静态试验结果
3.3.1 载荷位移曲线
3.3.2 试件破坏模式
3.3.3 应变分布情况
3.4 试验结果与有限元结果对比
3.5 接头强度影响参数分析
3.5.1 层板厚度参数影响
3.5.2 螺栓孔径参数影响
3.6 本章小结
第4章 H型混杂连接接头疲劳特性研究
4.1 引言
4.2 疲劳试验研究
4.2.1 试验条件
4.2.2 疲劳测试过程
4.3 疲劳试验结果
4.3.1 疲劳试验结果
4.3.2 疲劳失效模式分析
4.3.3 应变变化情况
4.4 剩余强度试验
4.4.1 试验结果
4.4.2 破坏模式
4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料夹芯结构研究现状及其在船舶工程的应用[J]. 朱子旭,朱锡,李永清,陈悦. 舰船科学技术. 2018(03)
[2]船用复合材料应用现状及发展[J]. 冯利军,程正冲,李伏. 装备环境工程. 2017(05)
[3]绿色船舶的现状和发展趋势分析[J]. 刘继海,肖金超,魏三喜,冯东英. 船舶工程. 2016(S2)
[4]一种复合材料—钢连接结构极限承载能力试验与数值研究[J]. 孙九霄,郑绍文,蔡敬标. 中国舰船研究. 2015(01)
[5]复合材料在国外海军舰船上层建筑上的应用与发展[J]. 钱江,李楠,史文强. 舰船科学技术. 2015(01)
[6]船用钢与复合材料混合连接结构设计优化研究[J]. 李晓文,李平,田太平,林壮,杨东梅. 武汉理工大学学报. 2014(09)
[7]复合材料在舰船上的应用[J]. 黄晓艳,刘源,刘波. 江苏船舶. 2008(02)
[8]复合材料连接方法[J]. 沃西源. 航天返回与遥感. 1997(04)
[9]三合板的一般弹性理论[J]. 杜庆华. 物理学报. 1954(04)
博士论文
[1]舰船复合材料结构“L”型连接节点的疲劳性能研究[D]. 罗白璐.中国舰船研究院 2018
[2]复合材料多钉连接强度预测方法及其关键技术研究[D]. 李想.西北工业大学 2017
[3]舰船复合材料上层建筑连接结构设计优化研究[D]. 李晓文.哈尔滨工程大学 2015
[4]复合材料结构新型紧固件连接强度与失效机理[D]. 魏景超.西北工业大学 2014
[5]聚氨酯弹性体钢夹层板的力学性能研究[D]. 薛启超.哈尔滨工程大学 2013
[6]轻量化船舶结构极限强度研究[D]. 尚高峰.中国舰船研究院 2011
[7]复合材料机械连接失效分析及强度影响因素研究[D]. 赵美英.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]复合材料蜂窝夹芯结构疲劳行为研究[D]. 柴子龙.哈尔滨工业大学 2016
[2]船用复合材料夹层板力学性能研究[D]. 陈一鸣.江苏科技大学 2016
[3]碳纤维层合板与铝合金板机械连接钉载分配研究[D]. 张冠彪.哈尔滨工业大学 2013
[4]复合材料—钛合金机械连接结构疲劳寿命预测研究[D]. 苏睿.上海交通大学 2013
[5]复合材料泡沫夹层板极限承载能力研究[D]. 史文华.上海交通大学 2011
[6]复合材料蜂窝夹层结构制备及其力学性能分析[D]. 王华吉.哈尔滨工业大学 2010
[7]铝蜂窝夹层板的力学性能等效模型研究[D]. 赵金森.南京航空航天大学 2006
本文编号：3648543
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外的研究现状及分析
1.2.1 复合材料连接技术及研究
1.2.2 复合材料夹芯结构的研究
1.2.3 复合材料连接接头的研究
1.2.4 国内外文献综述的简析
1.3 本文主要研究内容
第2章 H型混杂连接接头构型设计及仿真分析
2.1 引言
2.2 复合材料夹芯结构力学基础
2.2.1 夹芯结构理论分析方法
2.2.2 夹芯结构理论工程算法
2.2.3 夹芯结构破坏模式
2.3 接头选材原则
2.4 接头设计原则
2.5 接头构型设计
2.6 接头有限元建模
2.6.1 几何模型
2.6.2 网格划分
2.6.3 接触与边界条件
2.7 损伤失效判别
2.7.1 失效准则选取
2.7.2 刚度退化模型
2.7.3 渐进失效分析过程
2.8 有限元分析结果
2.9 本章小结
第3章 H型混杂连接接头静态特性研究
3.1 引言
3.2 静态试验过程
3.2.1 试验设备
3.2.2 试件及工装
3.2.3 试验步骤
3.3 静态试验结果
3.3.1 载荷位移曲线
3.3.2 试件破坏模式
3.3.3 应变分布情况
3.4 试验结果与有限元结果对比
3.5 接头强度影响参数分析
3.5.1 层板厚度参数影响
3.5.2 螺栓孔径参数影响
3.6 本章小结
第4章 H型混杂连接接头疲劳特性研究
4.1 引言
4.2 疲劳试验研究
4.2.1 试验条件
4.2.2 疲劳测试过程
4.3 疲劳试验结果
4.3.1 疲劳试验结果
4.3.2 疲劳失效模式分析
4.3.3 应变变化情况
4.4 剩余强度试验
4.4.1 试验结果
4.4.2 破坏模式
4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料夹芯结构研究现状及其在船舶工程的应用[J]. 朱子旭,朱锡,李永清,陈悦. 舰船科学技术. 2018(03)
[2]船用复合材料应用现状及发展[J]. 冯利军,程正冲,李伏. 装备环境工程. 2017(05)
[3]绿色船舶的现状和发展趋势分析[J]. 刘继海,肖金超,魏三喜,冯东英. 船舶工程. 2016(S2)
[4]一种复合材料—钢连接结构极限承载能力试验与数值研究[J]. 孙九霄,郑绍文,蔡敬标. 中国舰船研究. 2015(01)
[5]复合材料在国外海军舰船上层建筑上的应用与发展[J]. 钱江,李楠,史文强. 舰船科学技术. 2015(01)
[6]船用钢与复合材料混合连接结构设计优化研究[J]. 李晓文,李平,田太平,林壮,杨东梅. 武汉理工大学学报. 2014(09)
[7]复合材料在舰船上的应用[J]. 黄晓艳,刘源,刘波. 江苏船舶. 2008(02)
[8]复合材料连接方法[J]. 沃西源. 航天返回与遥感. 1997(04)
[9]三合板的一般弹性理论[J]. 杜庆华. 物理学报. 1954(04)
博士论文
[1]舰船复合材料结构“L”型连接节点的疲劳性能研究[D]. 罗白璐.中国舰船研究院 2018
[2]复合材料多钉连接强度预测方法及其关键技术研究[D]. 李想.西北工业大学 2017
[3]舰船复合材料上层建筑连接结构设计优化研究[D]. 李晓文.哈尔滨工程大学 2015
[4]复合材料结构新型紧固件连接强度与失效机理[D]. 魏景超.西北工业大学 2014
[5]聚氨酯弹性体钢夹层板的力学性能研究[D]. 薛启超.哈尔滨工程大学 2013
[6]轻量化船舶结构极限强度研究[D]. 尚高峰.中国舰船研究院 2011
[7]复合材料机械连接失效分析及强度影响因素研究[D]. 赵美英.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]复合材料蜂窝夹芯结构疲劳行为研究[D]. 柴子龙.哈尔滨工业大学 2016
[2]船用复合材料夹层板力学性能研究[D]. 陈一鸣.江苏科技大学 2016
[3]碳纤维层合板与铝合金板机械连接钉载分配研究[D]. 张冠彪.哈尔滨工业大学 2013
[4]复合材料—钛合金机械连接结构疲劳寿命预测研究[D]. 苏睿.上海交通大学 2013
[5]复合材料泡沫夹层板极限承载能力研究[D]. 史文华.上海交通大学 2011
[6]复合材料蜂窝夹层结构制备及其力学性能分析[D]. 王华吉.哈尔滨工业大学 2010
[7]铝蜂窝夹层板的力学性能等效模型研究[D]. 赵金森.南京航空航天大学 2006
本文编号：3648543
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