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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

作　者: 何凯
导　师: 唐文勇
学　校: 上海交通大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 复合材料舰船结构等效刚度网格细化脱层损伤虚拟裂纹闭合法
分类号: U674.701
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

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。采用本文建立的层合板脱层损伤模拟方法分析了具有脱层损伤的层合板的后屈曲路径,并通过与试验结果对比验证了方法的可行性。

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

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