本文關(guān)鍵詞：夾層復(fù)合材料艙室結(jié)構(gòu)的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：先進(jìn)復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，且耐腐蝕性良好，因此在船舶行業(yè)具有巨大的應(yīng)用前景。目前復(fù)合材料在我國大型船舶的應(yīng)用尚處于初步研究階段，遠(yuǎn)落后于國外。由于具有各向異性，復(fù)合材料的分析相比傳統(tǒng)的鋼材等各向同性材料要更為復(fù)雜。為充分發(fā)揮復(fù)合材料輕質(zhì)高強(qiáng)的特征，設(shè)計(jì)者需要深入地理解復(fù)合材料力學(xué)以及失效機(jī)理。 目前船舶設(shè)計(jì)方法和力學(xué)理論已經(jīng)比較完善，應(yīng)用于飛機(jī)行業(yè)的復(fù)合材料夾層板理論也發(fā)展的很成熟，但是我國在將復(fù)合材料應(yīng)用于船舶行業(yè)的研究還處于初步發(fā)展階段，復(fù)合材料應(yīng)用于船舶上的力學(xué)分析理論也還處在初級階段，設(shè)計(jì)理論有待完善。應(yīng)用有限元法于船體結(jié)構(gòu)的分析可以非常詳細(xì)地模擬出各部分的模型。在對模型離散化之后可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各部分的受力和變形情況。通過用膜、板、殼、桿、梁等單元來表現(xiàn)船體的主要結(jié)構(gòu)部分的受力狀態(tài)。 本文中以大型通用軟件ANSYS為平臺，對應(yīng)用于某大型船只的夾層復(fù)合材料艙室結(jié)構(gòu)及其與鋼制船體連接部分進(jìn)行了分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)對經(jīng)典層合板理論、Reissener夾層板理論、Hoff夾層板理論、杜慶華夾層板理論進(jìn)行比較，并選用Hoff夾層板理論為艙室結(jié)構(gòu)分析中的理論模型。 (2)對艙室結(jié)構(gòu)模型建立的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，通過APDL命令建立了更為接近實(shí)際情況的艙室結(jié)構(gòu)模型，并依據(jù)復(fù)合材料船舶行業(yè)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，建立艙室結(jié)構(gòu)分析的基本思路。 (3)在長期載荷作用下，分析了加強(qiáng)筋中使用芯材一和芯材二時(shí)對結(jié)構(gòu)整體性能的影響，計(jì)算結(jié)果表明加筋中蒙皮為主要承力構(gòu)件，芯材性能對結(jié)構(gòu)整體性能的影響很小。在短期載荷作用下，艙室結(jié)構(gòu)各部分的強(qiáng)度滿足要求。艙室結(jié)構(gòu)中應(yīng)力集中主要出現(xiàn)在板與板，板加筋與其他板加筋相交處。 (4)艙室結(jié)構(gòu)固有頻率較高，未與該船各個(gè)激勵(lì)頻率相同或相近；在艙室結(jié)構(gòu)右壁上設(shè)置了開孔并對其進(jìn)行分析，，開孔區(qū)域未出現(xiàn)應(yīng)力集中，開孔形式為合理的。 (5)對在極限壓力作用下的艙室結(jié)構(gòu)與船體連接區(qū)域的螺栓進(jìn)行校核，掌握了艙室結(jié)構(gòu)連接區(qū)域的螺栓載荷分配規(guī)律，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果對螺栓的分布進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化之后螺栓的個(gè)數(shù)從最初的378個(gè)減少到133個(gè)；在螺栓分布優(yōu)化的基礎(chǔ)上，使用子模型技術(shù)取出最危險(xiǎn)位置螺栓所在區(qū)域進(jìn)行分析，分析結(jié)果表明板的強(qiáng)度滿足要求。
【關(guān)鍵詞】：夾層復(fù)合材料 艙室結(jié)構(gòu) 有限元分析 機(jī)械連接
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U661.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 FRP 應(yīng)用于船舶的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)10-11
• 1.2 FRP 船舶發(fā)展概況11-15
• 1.2.1 商業(yè)性海洋產(chǎn)業(yè)12-13
• 1.2.2 娛樂性海洋產(chǎn)業(yè)13-14
• 1.2.3 海軍用復(fù)合材料14-15
• 1.3 夾層復(fù)合材料概述15-19
• 1.3.1 夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則16
• 1.3.2 夾層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)16-17
• 1.3.3 夾層板芯材種類17-18
• 1.3.4 夾層板分析理論18-19
• 1.4 有限元技術(shù)簡介19-22
• 1.4.1 有限元的發(fā)展20
• 1.4.2 有限元方法20-21
• 1.4.3 復(fù)合材料有限元分析21-22
• 1.5 本文研究意義與內(nèi)容22-24
• 第2章 艙室結(jié)構(gòu)的有限元分析24-48
• 2.1 艙室模擬中的單元選擇24-28
• 2.1.1 夾層單元 shell9124-27
• 2.1.2 BEAM189 單元27-28
• 2.1.3 梁殼單元的組合28
• 2.2 艙室模型28-30
• 2.3 艙室約束與載荷30-33
• 2.3.1 長期載荷作用下的安全系數(shù)取值32-33
• 2.3.2 短期載荷作用下的安全系數(shù)取值33
• 2.4 艙室結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)果33-44
• 2.4.1 飛濺水壓作用下的分析結(jié)果33-38
• 2.4.2 極限壓力作用下的分析結(jié)果38-40
• 2.4.3 動壓作用下的分析結(jié)果40-42
• 2.4.4 艙室結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析42-44
• 2.5 右壁開設(shè)門孔結(jié)構(gòu)的分析44-47
• 2.6 結(jié)論47-48
• 第3章 艙室結(jié)構(gòu)機(jī)械連接分析48-67
• 3.1 復(fù)合材料連接形式48-49
• 3.1.1 膠結(jié)連接48-49
• 3.1.2 機(jī)械連接49
• 3.1.3 混合連接49
• 3.2 機(jī)械連接分析基礎(chǔ)49-53
• 3.2.1 接頭幾何參數(shù)的選擇50-51
• 3.2.2 單搭接接頭載荷傳遞51-53
• 3.3 艙室結(jié)構(gòu)螺栓連接分析53-62
• 3.3.1 屈服強(qiáng)度理論53-55
• 3.3.2 螺栓連接分析方法55
• 3.3.3 艙室連接部分螺栓分析55-62
• 3.4 孔邊應(yīng)力分析62-66
• 3.4.1 孔邊作用力分析62-63
• 3.4.2 子模型技術(shù)63-64
• 3.4.3 有限元模型64-65
• 3.4.4 孔邊應(yīng)力分析65-66
• 3.5 結(jié)論66-67
• 第4章 結(jié)論與展望67-69
• 4.1 結(jié)論67-68
• 4.2 展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻(xiàn)70-72

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馬世勇,劉洪軍;玻璃鋼夾芯材料的應(yīng)用[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2001年04期

2 李明;李華彥;張瑩;;現(xiàn)代玻璃鋼游艇綜述[J];船舶;2006年03期

3 楊賀;鄧宗白;;硬夾心矩形夾層板的整體穩(wěn)定性分析[J];固體力學(xué)學(xué)報(bào);2013年03期

4 黃澤雄;;聚氨酯產(chǎn)業(yè)直面全球變暖的新挑戰(zhàn)[J];國外塑料;2009年01期

5 瞿軍;石軍;陳正;馮上金;;某型導(dǎo)彈貯存架模態(tài)分析[J];海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào);2008年04期

6 佘凱;許建;黃國兵;楊宇華;;復(fù)合材料螺栓連接結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬研究[J];中國艦船研究;2008年06期

7 魯建霞;茍惠芳;;有限元法的基本思想與發(fā)展過程[J];機(jī)械管理開發(fā);2009年02期

8 熊曉莉;袁光;;ANSYS中Beam189單元的局限性初探[J];山西建筑;2012年06期

9 顧紀(jì)清;;國外玻璃鋼船建造技術(shù)的發(fā)展[J];造船技術(shù);1987年11期

10 路紅娟;;基于NASTRAN的裝配體連接螺栓有限元分析[J];機(jī)械制造與自動化;2008年06期

本文編號：825398