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).pdf

1、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(guó)大型船舶的應(yīng)用尚處于初步研究階段，遠(yuǎn)落后于國(guó)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(guó)在將復(fù)合材料應(yīng)用于船舶行業(yè)的研

2、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(jí)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(duì)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(guò)用膜、板、殼、桿、梁等單元來(lái)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(tái)，對(duì)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?jī)?nèi)容和結(jié)論如下：

3、r>　　(1)對(duì)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(duì)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(guò)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(zhǎng)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(duì)結(jié)構(gòu)整體性能的影響，計(jì)算結(jié)果表明

4、加筋中蒙皮為主要承力構(gòu)件，芯材性能對(duì)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(kāi)孔并對(duì)其進(jìn)行分析，開(kāi)孔區(qū)域未出現(xiàn)應(yīng)力集中，開(kāi)孔形式為合理的。
　　(5)對(duì)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)