本文關鍵詞：海工復合材料及防撞結構耐沖擊性多尺度模擬

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【摘要】：復合材料的發(fā)展可以追溯至1960年，因其具有質量輕、比剛度和比強度高、抗疲勞性優(yōu)異以及耐腐蝕等特性，使得纖維增強復合材料的開發(fā)應用從此成為一項迅猛發(fā)展的科學技術。時至今日，復合材料已經(jīng)廣泛應用于電子信息、建筑、交通、航空以及軍事等領域，其在船舶與海洋結構物中的應用也越來越廣泛，已經(jīng)成為船舶與海洋結構物制造中的重要材料，如船體、上層建筑、復合材料螺旋槳以及海上風力發(fā)電葉片等。因其在應用方面具有廣闊的拓展空間，復合材料在船舶和海洋結構物中的應用也是眾多國內外學者研究的熱點課題之一。但是復合材料也有沖擊敏感性等缺點，為了確保復合材料及其結構物能夠在復雜海洋環(huán)境中安全使用，必須考慮其耐沖擊性。 本文試圖結合復合材料細觀力學相關原理，探究運用細觀力學分析復合材料本構特性的方法，進而基于損傷力學，考慮復合材料纖維與基體的界面層缺陷，計算其橫向拉伸強度并與實驗值作比較，并討論應變率對計算的影響。接著運用復合材料宏觀力學以及斷裂力學相關原理，討論復合材料的耐沖擊屬性以及纖維方向，疊層順序，層合板試件形狀，沖頭形狀以及沖擊能量等參數(shù)對復合材料低速沖擊試驗的影響并得出一般性規(guī)律。在討論復合材料本構特性以后，進而著眼于工程應用，以防撞結構為研究對象，，用有限元方法定性分析防撞結構的防撞機理，并校核現(xiàn)有鋼質防撞結構的有效性，最后根據(jù)校核結果，提出結構優(yōu)化方案和材料優(yōu)化方案。
【關鍵詞】：復合材料 細觀力學 有限元 彈性特性 界面特性 低速沖擊 防撞結構
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U668.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 課題背景10-12
• 1.1.1 復合材料簡介10-11
• 1.1.2 海洋環(huán)境對結構物的力學作用11-12
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 復合材料界面特性研究進展13
• 1.2.2 復合材料低速沖擊研究進展13-15
• 1.2.3 防撞結構研究進展15-16
• 1.3 本課題研究目的與意義16-17
• 1.3.1 研究目的16-17
• 1.3.2 研究意義17
• 1.4 課題研究的主要工作及思路17-18
• 1.4.1 單向復合材料細觀本構特性模擬17
• 1.4.2 復合材料層合板低速沖擊多尺度模擬17-18
• 1.4.3 大橋防撞結構優(yōu)化分析18
• 1.5 本章小結18-20
• 第二章 理論基礎20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 復合材料宏觀力學簡述20-21
• 2.3 復合材料細觀力學簡述21-23
• 2.4 單層板損傷理論23-25
• 2.4.1 損傷起始準則23
• 2.4.2 損傷演化準則23-25
• 2.5 層合板分層理論25-26
• 2.6 本章小結26-28
• 第三章 單向復合材料細觀本構特性模擬28-36
• 3.1 單向增強纖維復合材料剛度數(shù)值模擬28-31
• 3.1.1 模型及邊界條件28-29
• 3.1.2 有限元模擬29
• 3.1.3 結果分析29-31
• 3.2 單向增強纖維復合材料橫向拉伸強度數(shù)值模擬31-35
• 3.2.1 模型及邊界條件31-32
• 3.2.2 有限元模擬32
• 3.2.3 結果分析32-33
• 3.2.4 RVE 橫向拉伸本構數(shù)值模擬適用范圍討論33-35
• 3.3 本章小結35-36
• 第四章 復合材料層合板低速沖擊多尺度模擬36-62
• 4.1 單元類型及材料屬性36-38
• 4.1.1 單元類型36
• 4.1.2 材料屬性36-38
• 4.2 復合材料層合板低速沖擊模擬可靠性分析38-47
• 4.2.1 碳纖維/環(huán)氧層合板低速沖擊模擬及其實驗對比39-42
• 4.2.2 石墨/環(huán)氧復合材料低速沖擊模擬及其實驗對比42-45
• 4.2.3 碳纖維/環(huán)氧(AS4/8552)層合板低速沖擊模擬及其實驗對比45-47
• 4.3 沖頭及試件形狀對層合板低速沖擊結果的影響47-52
• 4.3.1 材料選擇及層合板設計47-48
• 4.3.2 結果分析48-52
• 4.4 層板鋪層角度對層合板低速沖擊結果的影響52-56
• 4.4.1 材料選擇及層合板設計52-53
• 4.4.2 結果分析53-56
• 4.5 簡化模擬方法及誤差分析56-60
• 4.5.1 材料選擇及層合板設計56-57
• 4.5.2 結果分析57-60
• 4.6 本章小結60-62
• 第五章 大橋防撞結構優(yōu)化分析62-82
• 5.1 概念設計及工況選擇62-67
• 5.1.1 防撞結構形式62-65
• 5.1.2 工況及邊界條件65-67
• 5.2 有限元模擬67-69
• 5.2.1 單元類型及模擬流程67
• 5.2.2 材料屬性67-69
• 5.3 結果與分析69-81
• 5.3.1 初始方案防撞結構有效性校核69-71
• 5.3.2 結構優(yōu)化方案71-78
• 5.3.3 材料優(yōu)化方案78-81
• 5.4 本章小結81-82
• 第六章 結論與展望82-84
• 6.1 主要結論82-83
• 6.2 不足與展望83-84
• 參考文獻84-92
• 攻讀碩士學位期間取得的研究成果92-93
• 致謝93-94
• 答辯委員會對論文的評定意見94

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

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7 胡志強,顧永寧,高震,李雅寧;基于非線性數(shù)值模擬的船橋碰撞力快速估算[J];工程力學;2005年03期

本文編號：749455