FRP船舶机械连接接头疲劳损伤研究

发布时间：2017-10-04 05:37

  本文关键词：FRP船舶机械连接接头疲劳损伤研究

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【摘要】：复合材料(Fiber Reinforced Plastics,简称FRP)船艇具有比_7度大、结构稳定、抗风性能优异等诸多优势,广泛应用船舶建造的各个方面。机械连接作为主要连接形式被广泛应用到FRP船舶的结构中。但是,由于机械连接部位较大的应力集中,容易产生疲劳损伤;复合材料本身的各向异性、脆性及其非均匀性使机械连接部位的失效更为复杂。本文在复合材料力学、损伤力学、FRP疲劳试验和损伤研究的基础上,将复合材料机械连接结构在船舶上的应用背景及有限元分析软件ANSYS相结合。利用APDL语言人工编程,编写了用于计算含孔复合材料层合板累计损伤及疲劳寿命预测的软件程序,并以此为基础研究了湿热条件下含孔复合材料累积损伤和极限强度,多种机械连接接头形式下的疲劳损伤。最终以含有机械连接结构的桅杆为研究对象进行了强度分析及疲劳损伤研究,为今后船用机械连接结构寿命研究提供了参考。首先,论文基于复合材料力学、损伤力学及疲劳理论,建立了适用于复合材料结构的疲劳损伤模型。该模型使用了复合材料Hashin破坏准则和材料性能渐降模型,该模型具有通用性,能模拟并查看复杂的复合材料疲劳过程中产生的损伤,并计算结构的疲劳寿命。利用该模型对含孔复合材料进行疲劳损伤分析,详细讨论温度、湿度、孔间距等因素对含孔复合累积损伤的影响;找到影响材料极限强度因素的客观规律。接下来,针对不同形式的机械连接结构,分别对单搭接接头和双搭接接头进行了疲劳损伤分析。研究了其静强度、疲劳寿命及损伤拓展规律。最后对比分析了不同层铺角对疲劳损伤的影响。最后,对含有机械连接结构的复合材料船舶桅杆进行了疲劳损伤分析。首先对承受风载荷下桅杆整体进行了应力、应变分析,并以此为基础,对机械连接结构的受力情况进行力学简化,进而对其进行了静强度分析,通过对比讨论了加入芯材对桅杆整体强度的影响。最后对结构进行疲劳分析,研究了结构疲劳损伤拓展形式。研究结果为复合材料桅杆设计提供了参考。
【关键词】：复合材料 疲劳损伤分析 机械连接结构 船舶桅杆 数值仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664;U661.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究目的和意义9-10
• 1.3 国内外研究现状10-16
• 1.3.1 湿热条件下复合材料层合板试验研究现状10-11
• 1.3.2 复合材料层合板疲劳性能试验研究11-12
• 1.3.3 复合材料层合板机械连接接头试验研究现状12-13
• 1.3.4 复合材料渐进损伤分析现状13-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 含孔复合材料层合板疲劳损伤研究17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 基于累积损伤法的FRP疲劳理论17-24
• 2.2.1 复合材料疲劳机理17-18
• 2.2.2 平面应力状态下复合材料应力—应变关系18-20
• 2.2.3 湿热条件下复合材料本构模型20-21
• 2.2.4 复合材料性能渐降模型21-22
• 2.2.5 复合材料性能突降模型22-24
• 2.3 疲劳损伤数值模拟方案及其验证24-29
• 2.3.1 疲劳损伤数值模拟方案24-25
• 2.3.2 研究对象对比分析25-28
• 2.3.3 数值模拟验证28-29
• 2.4 影响船用复合材料疲劳因素研究29-34
• 2.4.1 温度对疲劳损伤的影响29-31
• 2.4.2 孔径对疲劳损伤的影响31-32
• 2.4.3 层铺角对疲劳损伤的影响32-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 复合材料机械连接构件疲劳损伤分析35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 复合材料机械连接形式及损伤模式35-36
• 3.3 机械连接接头的模型建立36-37
• 3.4 复合材料单搭接接头疲劳损伤分析37-41
• 3.4.1 问题描述37-38
• 3.4.2 位移与应力分析38-39
• 3.4.3 静强度损伤分析39-40
• 3.4.4 疲劳损伤分析40-41
• 3.5 复合材料双搭接接头疲劳损伤分析41-48
• 3.5.1 问题描述41
• 3.5.2 位移与应力分析41-42
• 3.5.3 静强度损伤分析42-44
• 3.5.4 疲劳损伤分析44-45
• 3.5.5 层铺角的影响45-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 八边形桅杆连接结构疲劳损伤分析49-65
• 4.1 风载下八边形桅杆应力-应变分析49-52
• 4.1.1 八边形桅杆有限元模型49-50
• 4.1.2 八边形桅杆风载下风载特性50-52
• 4.2 八边形桅杆机械连接结构静强度分析52-59
• 4.2.1 研究对象及其应力状态确定53-54
• 4.2.2 渐进损伤失效分析54-57
• 4.2.3 泡沫夹层对整体结构强度的影响57-59
• 4.3 八边形桅杆机械连接结构疲劳损伤分析59-64
• 4.3.1 疲劳载荷定义59-60
• 4.3.2 疲劳寿命及损伤分析60-64
• 4.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果71-73
• 致谢73

【参考文献】

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1 郑锡涛,李野,Ｍ．Ｇａｅｄｋｅ,Ｒ．Ｗｅｂｅｒ;湿热对单向复合材料层合板Ⅱ型分层特性的影响[J];航空学报;1998年01期

2 王佩艳;王富生;岳珠峰;;石英纤维布氰酸酯树脂基复合材料的环境试验性能研究[J];实验力学;2010年03期

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本文编号：968954