發(fā)布時間：2017-10-09 02:11

  本文關鍵詞：船用復合材料夾層板力學性能研究

  更多相關文章： 復合材料夾層板 理論模型 彎曲 振動 響應分析

【摘要】：隨著艦船科技的發(fā)展,復合材料在船舶領域中得到了廣泛的應用。船用復合材料夾層板具有耐腐蝕、無磁性、導熱系數(shù)低、易于加工成型和可設計性好等優(yōu)點。但復合材料夾層板的力學行為比較復雜,對其力學性能開展相關研究,有利于復合材料夾層結構在船體結構上的推廣應用和優(yōu)化設計,具有一定的理論價值和工程指導意義。本論文基于層合板理論,考慮船用夾層板的結構特性,對復合材料夾層結構的靜力學和動力學問題進行了理論和數(shù)值仿真分析。建立了適用于復合材料夾層結構的力學模型并編程實現(xiàn)理論求解,在驗證理論模型準確的基礎上,分析了夾層結構彎曲特性、自由振動和動態(tài)響應及參數(shù)影響;并且基于有限元軟件,對船用復合材料夾層板在外物沖擊作用下的抗沖擊性能進行了研究;并將復合材料夾層板應用于船體板架結構中,對復合材料船體板架結構的靜力學問題進行了仿真分析。文中結論對新型復合夾層結構在船體中的應用和優(yōu)化設計提供了依據(jù)和參考。具體工作主要有:(1)本文首先學習了經(jīng)典夾層板理論,分別實現(xiàn)了Reissner夾層板理論和Hoff夾層板理論在復合材料夾層板的推廣和應用�？紤]復合材料夾層板的力學特性,在Sriniva建立的Zig-zag模型的基礎上,推導實現(xiàn)了考慮面板剪切效應的一階Zig-zag變形理論,給出了軟、硬夾芯的兩種力學求解模型;為了改善厚板的面內(nèi)位移,本文在一階Zig-zag理論基礎上,建立了芯層基于三階剪切變形理論的高階Zig-zag理論模型,并根據(jù)Hamilton原理推導出其控制方程。(2)重點基于本文推導的Zig-zag理論模型的控制方程,采用MATLAB語言編程求解了復合材料夾層板靜力彎曲問題,通過與文獻結果對比驗證幾種理論對于靜力學問題求解的有效性,在此基礎上研究了夾層板設計參數(shù)(面芯厚度比、長寬比、模量比)對夾層板彎曲性能的影響。(3)基于推導的Zig-zag模型的控制方程,采用MATLAB語言編程求解了復合材料夾層板的自由振動問題,通過對比分析驗證了本文推導模型的準確性,并對自由振動問題進行了參數(shù)影響分析;根據(jù)模型的運動方程,采用Newmark法求解復合材料夾層板在彈性變形階段的橫向動態(tài)響應,并討論結構阻尼及芯層厚度對夾層結構動態(tài)響應的影響;最后基于LS-DYNA研究了外物沖擊作用下的復合材料夾層板的抗沖擊性能。(4)在船體結構中,板架的結構形式較為復雜,對復雜結構應用理論計算有時比較困難。為了進一步指導復合材料夾層板在船舶結構中的應用,對復合材料夾層板架結構進行了靜態(tài)力學性能分析,同時討論了筋材尺寸及面板鋪層角度對結構性能影響。
【關鍵詞】：復合材料夾層板 理論模型 彎曲 振動 響應分析
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U661.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 主要符號說明12-13
• 第1章 緒論13-21
• 1.1 研究背景及意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢14-19
• 1.2.1 船用復合材料的應用現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 夾層板理論研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 本文主要工作和創(chuàng)新點19-21
• 1.3.1 本文主要工作19-20
• 1.3.2 本文的創(chuàng)新點20-21
• 第2章 復合材料層合板理論求解模型與分析21-29
• 2.1 復合材料層合板理論21-24
• 2.1.1 經(jīng)典層合板理論（CLPT）21
• 2.1.2 一階剪切變形理論（FSDT）21-23
• 2.1.3 高階剪切變形理論（HSDTs）23-24
• 2.2 復合材料層合板的本構關系24-25
• 2.3 算例驗證與分析25-28
• 2.3.1 層合板理論算例驗證25-27
• 2.3.2 鋪層方式對彎曲撓度的影響27-28
• 2.4 本章小結28-29
• 第3章 船用復合材料夾層結構力學模型建立29-43
• 3.1 經(jīng)典夾層板理論29-31
• 3.1.1 復合材料夾層板的Reissner理論求解模型30
• 3.1.2 復合材料夾層板的Hoff理論求解模型30-31
• 3.2 復合材料夾層板的一階Zig-zag理論求解模型（FZZT）31-37
• 3.3 復合材料夾層板的高階Zig-zag理論求解模型（HZZT）37-41
• 3.4 本章小結41-43
• 第4章 船用復合材料夾層結構的靜力學問題分析43-55
• 4.1 復合材料夾層板彎曲問題理論分析43-51
• 4.1.1 載荷三角級數(shù)形式43-44
• 4.1.2 邊界條件44-46
• 4.1.3 復合材料夾層板理論模型驗證46-51
• 4.2 復合材料夾層板參數(shù)對彎曲性能的影響51-54
• 4.2.1 面芯厚度比對彎曲撓度的影響51-52
• 4.2.2 夾層板長寬比對彎曲撓度的影響52-53
• 4.2.3 芯層彈性模量對彎曲撓度的影響53
• 4.2.4 面板彈性模量比對彎曲撓度的影響53-54
• 4.3 本章小結54-55
• 第5章 船用復合材料夾層結構的動力學問題分析55-73
• 5.1 復合材料夾層板自由振動理論分析55-60
• 5.1.1 復合材料夾層板理論模型驗證55-58
• 5.1.2 芯層彈性模量對固有頻率的影響58-59
• 5.1.3 芯層密度對夾層板固有頻率的影響59-60
• 5.2 復合材料夾層板動力響應理論分析60-66
• 5.2.1 動力學微分方程數(shù)值方法簡介60-61
• 5.2.2 復合材料夾層板理論模型動力學驗證61-62
• 5.2.3 三角脈沖載荷動態(tài)響應分析62-65
• 5.2.4 阻尼比例系數(shù)對復合材料夾層板動力學性能的影響65-66
• 5.2.5 面芯厚度比對復合材料夾層板動力學性能的影響66
• 5.3 復合材料夾層板外物沖擊問題數(shù)值仿真分析66-72
• 5.3.1 復合材料的強度失效判據(jù)66-67
• 5.3.2 復合材料夾層板有限元模型67-68
• 5.3.3 計算結果分析68-70
• 5.3.4 不同材料面板的吸能比較70-72
• 5.4 本章小結72-73
• 第6章 復合材料夾層板架靜力性能數(shù)值仿真分析73-81
• 6.1 板架結構的靜力仿真分析73-77
• 6.1.1 板架結構模型的建立73-75
• 6.1.2 計算結果分析75-77
• 6.2 復合材料板架參數(shù)研究與討論77-80
• 6.2.1 筋材厚度對板架結構位移和應力的影響77
• 6.2.2 筋材高度對板架結構位移和應力的影響77-78
• 6.2.3 面板鋪層方式對板架結構位移和應力的影響78-80
• 6.3 本章小結80-81
• 第7章 總結與展望81-85
• 7.1 論文主要工作81
• 7.2 論文主要結論81-82
• 7.3 論文工作展望82-85
• 參考文獻85-88
• 附錄 本文推導的一階Zig-zag夾層板理論運動方程88-90
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文90-91
• 致謝91-92
• 詳細摘要92-96

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本文編號：997564