本文選題：復(fù)合材料 + 層合板模型��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年碩士論文

【摘要】：復(fù)合材料(Fiber Reinforced Plastic,FRP)有著高的比強、剛度,優(yōu)良的可設(shè)計性及抗疲勞特性等,以復(fù)合材料制造的船艇滿足了對高速、低排、耐用、安適等設(shè)計理念的追求,因此被普遍應(yīng)用到快艇、獵掃雷艇等民用和軍用船舶領(lǐng)域。隨著船舶高速化的發(fā)展,船體出水以后再次入水時,船體與水面之間極易出現(xiàn)砰擊現(xiàn)象,致使復(fù)合材料船體局部結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷。復(fù)合材料的損傷從產(chǎn)生到擴展是一個漸變發(fā)生的過程,產(chǎn)生的各種內(nèi)部細微損傷也不是憑著肉眼就能直接觀察到的,因此砰擊損傷的存在對FRP船艇的安全性構(gòu)成了潛在威脅。根據(jù)斷裂、損傷力學(xué)和FRP失效準(zhǔn)則的相關(guān)理論,本文用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對FRP層合板進行了建模,低速沖擊FRP層合板的損傷模擬驗證了該模型的正確性。結(jié)合ALE算法、水動力砰擊理論完成了FRP層合板砰擊損傷機理的分析,探究了FRP層合板的損傷規(guī)律。接著根據(jù)復(fù)合材料船體艙段構(gòu)造形式的差異對其入水砰擊響應(yīng)狀況進行了研究。經(jīng)過比較分析,得到了抗砰擊復(fù)合材料船體的可用方案,為以后復(fù)合材料船艇的抗砰擊設(shè)計工作給出參考。首先,為模擬復(fù)合材料的各種損傷形式,本文采用了一種基于粘結(jié)原理的界面元模型,用應(yīng)變能能量釋放率準(zhǔn)則來模擬層間損傷;單層板模型通過Change-Change失效準(zhǔn)則和剛度退化機制來模仿層內(nèi)損傷。利用FRP層合板模型從鋪層方向、板厚、斜升角、入水角、入水速度等方面研究了FRP入水砰擊損傷機理和失效形式。各因素對FRP層合板的損傷影響較大。然后,使用FRP層合板模型構(gòu)建外板,體單元模型模擬型材結(jié)構(gòu),順序研究了T型加筋、單向帽型加筋以及雙向帽型加筋這3種常用加筋形式的FRP船艇板架的抗砰擊特性,并對比分析了外板和骨架對FRP船艇抗砰擊性能的不同影響。得出了外板是砰擊載荷的主要承受部件。最后,從船艇艙段的骨架構(gòu)造方式、骨材的尺寸和船體板的厚度三個方面探究了復(fù)合材料船體艙段的抗砰擊特性。經(jīng)過比較分析,得到了抗砰擊復(fù)合材料船體的較優(yōu)方案,對今后復(fù)合材料船艇的抗砰擊設(shè)計工作來說具有參考意義。
[Abstract]:Fiber Reinforced Plastic (FRP) has high specific strength, stiffness, excellent design and anti fatigue properties. The craft made with composite materials meets the pursuit of high speed, low row, durability, and comfort, so it is widely used in the field of civil and military ships, such as fast boat, hunting Minesweeper, and so on. With the high speed of ship When the water comes into water again, the slamming between the hull and the water surface is easy to occur, which causes the damage of the local structure of the composite hull. The damage from the production to the expansion of the composite is a gradual process, and the fine internal damage is not directly observed by the naked eye, so the damage of the composite material is not directly observed by the naked eye. The existence of slamming damage poses a potential threat to the safety of FRP boats. Based on the theory of fracture, damage mechanics and FRP failure criteria, this paper uses the finite element software ANSYS/LS-DYNA to model the FRP laminates. The damage simulation of low velocity impact FRP laminates has verified the correctness of the model. Combined with ALE algorithm, the hydrodynamic slamming theory is combined. On the basis of the analysis of the slamming mechanism of the FRP laminate, the damage law of the FRP laminate is explored. Then, according to the difference of the structure form of the hull section of the composite material, the water slamming response of the composite plate is studied. After the comparison and analysis, the available scheme of the slamming composite hull is obtained, which is the anti slamming of the composite hull. In order to simulate the design work, in order to simulate various damage forms of composite materials, an interface element model based on bond principle is used to simulate interlayer damage with the strain energy release rate criterion. The layer model is modeled by the Change-Change failure criterion and the stiffness degradation mechanism to simulate the damage in the layer. The FRP laminates are used in the monolayer model. The damage mechanism and failure form of FRP water slamming are studied from the direction of layer, thickness, angle of inclined lift, angle of water entry, water entry speed and so on. Each factor has great influence on the damage of FRP laminate. Then, the outer plate is constructed with the FRP laminates model and the body element model is used to simulate the section structure, and the order of T reinforcement, unidirectional cap reinforcement and double is studied in sequence. The anti slamming characteristics of the 3 commonly reinforced FRP hull plates are reinforced, and the different effects of the outer plate and skeleton on the slamming performance of the FRP boat are compared and analyzed. The main bearing parts of the slamming load are obtained. Finally, the skeleton structure of the hull section, the size of the bone material and the thickness of the hull plate are three aspects. The anti slamming characteristics of the hull section of the composite ship hull are explored. After comparison and analysis, a better scheme is obtained for the hull of the slamming composite material, which is of reference significance for the slamming design of the composite hull in the future.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U661.4

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本文編號：1979322