复合材料舰船总体结构性能与局部脱层损伤数值分析方法研究
发布时间：2022-02-05 02:59
纤维增强复合材料具有可设计的力学性能,且与传统金属材料相比具有比强度和比刚度高等优点,其在舰船结构中的应用越来越广泛。在复合材料舰船结构建造和使用维护过程中复合材料层合结构常发生脱层损伤,使结构承载能力大幅度下降。近年来复合材料舰船结构出现了大型化、超大型化的发展趋势,使复合材料舰船整体结构性能与局部脱层损伤的研究日益迫切。本文根据复合材料在舰船结构上的应用特点,对复合材料舰船结构性能与局部脱层损伤数值分析方法进行了研究。基于层合板等效刚度模型,将复合材料舰船结构中的层合板简化为正交各向异性单层板,采用一阶剪切板单元建立全船有限元模型,并以调整局部刚度和网格细化的方式来反映局部搭接区域的力学特征。以一艘交通艇为算例,进行全船模态、刚度和局部应力的有限元分析,并与实验结果对比分析,证明所提出的模型建立方法可以准确模拟复合材料舰船结构的振动、静态刚度和强度特性,同时具有建模工作量小的优点。针对复合材料层合板的脱层损伤问题,本文基于一阶剪切变形理论和断裂力学理论,建立了预测脱层扩展的二维有限元模型。采用虚拟裂纹闭合法求解脱层尖端的能量释放率,并以总能量释放率准则作为判据,模拟脱层损伤的扩展。...
【文章来源】：上海交通大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究状况与进展
1.2.1 复合材料层合板结构分析
1.2.2 复合材料层合板脱层分析
1.3 本论文的研究内容和章节安排
第二章 基本理论与分析方法
2.1 引言
2.2 复合材料层合板理论
2.2.1 单层板的本构关系
2.2.2 层合板理论
2.3 断裂力学基本理论
2.3.1 裂纹模式
2.3.2 脱层类型
2.3.3 应力强度因子理论
2.3.4 能量释放率理论
2.4 屈曲理论
2.4.1 屈曲基本概念
2.4.2 非线性屈曲
第三章 复合材料舰船结构力学分析方法
3.1 引言
3.2 船用复合材料板材的结构
3.3 船用复合材料梁材的结构
3.4 复合材料舰船构件连接方式
3.5 复合材料舰船结构有限元分析
3.5.1 有限元模型类型选择
3.5.2 三维几何模型
3.5.3 单元类型和数目的研究
3.5.4 材料属性定义研究
3.6 本章小结
第四章 复合材料舰船结构总体性能分析
4.1 引言
4.2 实验描述
4.2.1 材料特性
4.2.2 试验内容
4.2.3 试验方案
4.3 有限元模型
4.4 边界条件与载荷
4.5 计算结果与实验结果比较分析
4.5.1 振动模态特性对比分析
4.5.2 静态刚度特性对比分析
4.5.3 静态强度特性对比分析
4.6 有限元模型调整分析
4.7 本章小结
第五章 复合材料层合板脱层扩展分析方法
5.1 引言
5.2 虚拟裂纹闭合法
5.3 断裂准则
5.4 层合板脱层有限元分析
5.4.1 有限元模型类型选择
5.4.2 几何模型
5.4.3 单元选择
5.4.4 接触定义
5.4.5 断裂准则
5.4.6 求解方法
5.5 本章小结
第六章 含脱层复合材料层合板后屈曲分析
6.1 引言
6.2 实验描述
6.3 有限元模型
6.4 约束与载荷
6.5 后屈曲分析
6.6 结果分析
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 主要研究工作总结和结论
7.2 进一步工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料舰船全船有限元分析的建模方法研究[J]. 何凯,唐文勇,罗凯,贺远松. 中国舰船研究. 2011(05)
[2]树脂基复合材料粘接工艺设计[J]. 韦生文. 化学与黏合. 2005(06)
[3]几何非线性的有限位移应力应变增量分析[J]. 陈常松,陈政清,颜东煌. 长沙交通学院学报. 2004(03)
[4]复合材料层合壳有限元分析的预测-修正法[J]. 何录武,冯春. 力学季刊. 2004(03)
[5]基于一阶剪切变形理论的新型复合材料层合板单元[J]. 岑松,龙驭球,姚振汉. 工程力学. 2002(01)
[6]含分层损伤复合材料层合板的压缩强度研究[J]. 郭兆璞,陈浩然. 固体力学学报. 2000(02)
[7]船用玻璃钢骨架梁材强度试验研究[J]. 朱静,陆鑫森,曹明法,杨成业. 船舶工程. 1996(01)
博士论文
[1]基于非局部理论的复合材料层板脱层的理论与数值研究[D]. 付丽.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3614433
【文章来源】：上海交通大学上海市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究状况与进展
1.2.1 复合材料层合板结构分析
1.2.2 复合材料层合板脱层分析
1.3 本论文的研究内容和章节安排
第二章 基本理论与分析方法
2.1 引言
2.2 复合材料层合板理论
2.2.1 单层板的本构关系
2.2.2 层合板理论
2.3 断裂力学基本理论
2.3.1 裂纹模式
2.3.2 脱层类型
2.3.3 应力强度因子理论
2.3.4 能量释放率理论
2.4 屈曲理论
2.4.1 屈曲基本概念
2.4.2 非线性屈曲
第三章 复合材料舰船结构力学分析方法
3.1 引言
3.2 船用复合材料板材的结构
3.3 船用复合材料梁材的结构
3.4 复合材料舰船构件连接方式
3.5 复合材料舰船结构有限元分析
3.5.1 有限元模型类型选择
3.5.2 三维几何模型
3.5.3 单元类型和数目的研究
3.5.4 材料属性定义研究
3.6 本章小结
第四章 复合材料舰船结构总体性能分析
4.1 引言
4.2 实验描述
4.2.1 材料特性
4.2.2 试验内容
4.2.3 试验方案
4.3 有限元模型
4.4 边界条件与载荷
4.5 计算结果与实验结果比较分析
4.5.1 振动模态特性对比分析
4.5.2 静态刚度特性对比分析
4.5.3 静态强度特性对比分析
4.6 有限元模型调整分析
4.7 本章小结
第五章 复合材料层合板脱层扩展分析方法
5.1 引言
5.2 虚拟裂纹闭合法
5.3 断裂准则
5.4 层合板脱层有限元分析
5.4.1 有限元模型类型选择
5.4.2 几何模型
5.4.3 单元选择
5.4.4 接触定义
5.4.5 断裂准则
5.4.6 求解方法
5.5 本章小结
第六章 含脱层复合材料层合板后屈曲分析
6.1 引言
6.2 实验描述
6.3 有限元模型
6.4 约束与载荷
6.5 后屈曲分析
6.6 结果分析
6.7 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 主要研究工作总结和结论
7.2 进一步工作展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合材料舰船全船有限元分析的建模方法研究[J]. 何凯,唐文勇,罗凯,贺远松. 中国舰船研究. 2011(05)
[2]树脂基复合材料粘接工艺设计[J]. 韦生文. 化学与黏合. 2005(06)
[3]几何非线性的有限位移应力应变增量分析[J]. 陈常松,陈政清,颜东煌. 长沙交通学院学报. 2004(03)
[4]复合材料层合壳有限元分析的预测-修正法[J]. 何录武,冯春. 力学季刊. 2004(03)
[5]基于一阶剪切变形理论的新型复合材料层合板单元[J]. 岑松,龙驭球,姚振汉. 工程力学. 2002(01)
[6]含分层损伤复合材料层合板的压缩强度研究[J]. 郭兆璞,陈浩然. 固体力学学报. 2000(02)
[7]船用玻璃钢骨架梁材强度试验研究[J]. 朱静,陆鑫森,曹明法,杨成业. 船舶工程. 1996(01)
博士论文
[1]基于非局部理论的复合材料层板脱层的理论与数值研究[D]. 付丽.哈尔滨工业大学 2009
本文编号：3614433
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3614433.html
