點(diǎn)陣復(fù)合材料上層建筑與鋼質(zhì)主船體連接結(jié)構(gòu)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、世界范圍內(nèi)海洋權(quán)益的沖突和對(duì)抗日益激烈，使得艦艇對(duì)輕質(zhì)化和隱身性的追求更加迫切，復(fù)合材料因具有高比剛度和比強(qiáng)度、優(yōu)異的電磁性能和可設(shè)計(jì)性的特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。點(diǎn)陣夾芯材料作為新型的輕質(zhì)夾層復(fù)合材料，芯材內(nèi)隱身材料的填充使點(diǎn)陣材料成為一種很有應(yīng)用前景的建造上層建筑的材料。但復(fù)合材料較低的延展性使得連接結(jié)構(gòu)載荷重新分配能力較弱，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部損傷或整體失效，且經(jīng)驗(yàn)表明復(fù)合材料的損傷大部分發(fā)生在連接結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重制約了復(fù)合材料上層建筑的應(yīng)用與建

2、造。因此，開(kāi)展點(diǎn)陣復(fù)合材料上層建筑與鋼質(zhì)主船體的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以及典型連接結(jié)構(gòu)的極限載荷和損傷機(jī)理的研究，對(duì)復(fù)合材料上層建筑的上艦應(yīng)用和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的大型化具有重要的軍事意義。
　　本文建立了基于連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)的復(fù)合材料層合板漸進(jìn)損傷分析三維有限元模型，采用Hashin強(qiáng)度判斷準(zhǔn)則和Ye分層準(zhǔn)則，并基于ABAQUS編寫(xiě)了用戶材料子程序 UMAT（User Material），集成了復(fù)合材料的本構(gòu)方程、損傷起始準(zhǔn)則和損傷擴(kuò)展

3、準(zhǔn)則，分析單向拉伸/壓縮載荷作用下不同鋪層順序的帶孔層合板試件的極限承載能力，計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)數(shù)據(jù)吻合較好，驗(yàn)證了有限元模型的有效性。
　　在復(fù)合材料上層建筑的載荷特性研究方面，以某型輕型鋼質(zhì)上層建筑為原型，利用CFD（Computational Fluid Dynamics）數(shù)值分析方法研究上層建筑的風(fēng)載分布特性，并將風(fēng)載分布簡(jiǎn)化為適合于工程應(yīng)用的周向平均壓力系數(shù)；推導(dǎo)了復(fù)合材料上層建筑附加慣性載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，并結(jié)合現(xiàn)行軍規(guī)

4、推導(dǎo)了艦船橫搖和縱搖兩種搖擺狀態(tài)下的搖擺周期和搖擺幅值，給出了艦船慣性載荷計(jì)算方法及上層建筑甲板上浪砰擊載荷的計(jì)算方法。
　　基于“積木式”的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，開(kāi)展了作為元件的層合板的連接結(jié)構(gòu)鋪層設(shè)計(jì)和制備工藝的研究，通過(guò)設(shè)計(jì)連接結(jié)構(gòu)的拉伸試驗(yàn)和拉壓疲勞試驗(yàn)，得到連接結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)和疲勞性能并驗(yàn)證了層合板制備加工工藝的穩(wěn)定性，驗(yàn)證了復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析數(shù)值算法的準(zhǔn)確性，為進(jìn)一步開(kāi)展復(fù)合材料點(diǎn)陣連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。
　　應(yīng)

5、用理論分析、數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證分析了點(diǎn)陣夾層板的力學(xué)性能。通過(guò)分析點(diǎn)陣胞元的變形機(jī)制，結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)位移法，推導(dǎo)夾芯板面外剪切應(yīng)力與點(diǎn)陣芯材支桿應(yīng)力的關(guān)系，推導(dǎo)并提出了點(diǎn)陣夾芯板的數(shù)值簡(jiǎn)化分析方法；開(kāi)展了點(diǎn)陣夾芯板的平壓、側(cè)壓、剪切和三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)并得到點(diǎn)陣夾芯板的力學(xué)性能參數(shù)，驗(yàn)證了基于剛度的點(diǎn)陣夾芯板數(shù)值算法的有效性，能夠結(jié)合理論分析給出較好的預(yù)測(cè)結(jié)果。
　　開(kāi)展了點(diǎn)陣夾芯板與鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化，改進(jìn)了T型連接構(gòu)型，基于知

6、識(shí)庫(kù)方法對(duì) T型連接結(jié)構(gòu)開(kāi)展了連接參數(shù)設(shè)計(jì)、面板連接區(qū)域與過(guò)渡區(qū)域的鋪層順序設(shè)計(jì)，并通過(guò)設(shè)計(jì)樣件和試驗(yàn)驗(yàn)證了連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)值算法的有效性，設(shè)計(jì)的連接接頭具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、承載能力高的特點(diǎn)，最終形成了一套基于“積木式”設(shè)計(jì)思路的復(fù)合材料連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，并給出一系列改進(jìn)方法進(jìn)一步提高連接結(jié)構(gòu)性能的建議。
　　計(jì)算分析了復(fù)合材料上層建筑與鋼質(zhì)主船體連接結(jié)構(gòu)的變形與應(yīng)力分布規(guī)律，確定了驗(yàn)證性試驗(yàn)的考核指標(biāo)，提出了兩種不同的試驗(yàn)加載方法，