本文關(guān)鍵詞：夾層復合材料艙室結(jié)構(gòu)的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計

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【摘要】：先進復合材料具有優(yōu)異的力學性能，且耐腐蝕性良好，因此在船舶行業(yè)具有巨大的應用前景。目前復合材料在我國大型船舶的應用尚處于初步研究階段，遠落后于國外。由于具有各向異性，復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雜。為充分發(fā)揮復合材料輕質(zhì)高強的特征，設(shè)計者需要深入地理解復合材料力學以及失效機理。 目前船舶設(shè)計方法和力學理論已經(jīng)比較完善，應用于飛機行業(yè)的復合材料夾層板理論也發(fā)展的很成熟，但是我國在將復合材料應用于船舶行業(yè)的研究還處于初步發(fā)展階段，復合材料應用于船舶上的力學分析理論也還處在初級階段，設(shè)計理論有待完善。應用有限元法于船體結(jié)構(gòu)的分析可以非常詳細地模擬出各部分的模型。在對模型離散化之后可以準確地計算出各部分的受力和變形情況。通過用膜、板、殼、桿、梁等單元來表現(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，對應用于某大型船只的夾層復合材料艙室結(jié)構(gòu)及其與鋼制船體連接部分進行了分析和優(yōu)化設(shè)計。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下： (1)對經(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)對艙室結(jié)構(gòu)模型建立的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，通過APDL命令建立了更為接近實際情況的艙室結(jié)構(gòu)模型，并依據(jù)復合材料船舶行業(yè)相關(guān)設(shè)計標準，建立艙室結(jié)構(gòu)分析的基本思路。 (3)在長期載荷作用下，分析了加強筋中使用芯材一和芯材二時對結(jié)構(gòu)整體性能的影響，計算結(jié)果表明加筋中蒙皮為主要承力構(gòu)件，芯材性能對結(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)各部分的強度滿足要求。艙室結(jié)構(gòu)中應力集中主要出現(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，未與該船各個激勵頻率相同或相近；在艙室結(jié)構(gòu)右壁上設(shè)置了開孔并對其進行分析，，開孔區(qū)域未出現(xiàn)應力集中，開孔形式為合理的。 (5)對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)律，并依據(jù)計算結(jié)果對螺栓的分布進行優(yōu)化。優(yōu)化之后螺栓的個數(shù)從最初的378個減少到133個；在螺栓分布優(yōu)化的基礎(chǔ)上，使用子模型技術(shù)取出最危險位置螺栓所在區(qū)域進行分析，分析結(jié)果表明板的強度滿足要求。
【關(guān)鍵詞】：夾層復合材料 艙室結(jié)構(gòu) 有限元分析 機械連接
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U661.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 FRP 應用于船舶的優(yōu)點和缺點10-11
• 1.2 FRP 船舶發(fā)展概況11-15
• 1.2.1 商業(yè)性海洋產(chǎn)業(yè)12-13
• 1.2.2 娛樂性海洋產(chǎn)業(yè)13-14
• 1.2.3 海軍用復合材料14-15
• 1.3 夾層復合材料概述15-19
• 1.3.1 夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計原則16
• 1.3.2 夾層結(jié)構(gòu)的特點16-17
• 1.3.3 夾層板芯材種類17-18
• 1.3.4 夾層板分析理論18-19
• 1.4 有限元技術(shù)簡介19-22
• 1.4.1 有限元的發(fā)展20
• 1.4.2 有限元方法20-21
• 1.4.3 復合材料有限元分析21-22
• 1.5 本文研究意義與內(nèi)容22-24
• 第2章 艙室結(jié)構(gòu)的有限元分析24-48
• 2.1 艙室模擬中的單元選擇24-28
• 2.1.1 夾層單元 shell9124-27
• 2.1.2 BEAM189 單元27-28
• 2.1.3 梁殼單元的組合28
• 2.2 艙室模型28-30
• 2.3 艙室約束與載荷30-33
• 2.3.1 長期載荷作用下的安全系數(shù)取值32-33
• 2.3.2 短期載荷作用下的安全系數(shù)取值33
• 2.4 艙室結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)果33-44
• 2.4.1 飛濺水壓作用下的分析結(jié)果33-38
• 2.4.2 極限壓力作用下的分析結(jié)果38-40
• 2.4.3 動壓作用下的分析結(jié)果40-42
• 2.4.4 艙室結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析42-44
• 2.5 右壁開設(shè)門孔結(jié)構(gòu)的分析44-47
• 2.6 結(jié)論47-48
• 第3章 艙室結(jié)構(gòu)機械連接分析48-67
• 3.1 復合材料連接形式48-49
• 3.1.1 膠結(jié)連接48-49
• 3.1.2 機械連接49
• 3.1.3 混合連接49
• 3.2 機械連接分析基礎(chǔ)49-53
• 3.2.1 接頭幾何參數(shù)的選擇50-51
• 3.2.2 單搭接接頭載荷傳遞51-53
• 3.3 艙室結(jié)構(gòu)螺栓連接分析53-62
• 3.3.1 屈服強度理論53-55
• 3.3.2 螺栓連接分析方法55
• 3.3.3 艙室連接部分螺栓分析55-62
• 3.4 孔邊應力分析62-66
• 3.4.1 孔邊作用力分析62-63
• 3.4.2 子模型技術(shù)63-64
• 3.4.3 有限元模型64-65
• 3.4.4 孔邊應力分析65-66
• 3.5 結(jié)論66-67
• 第4章 結(jié)論與展望67-69
• 4.1 結(jié)論67-68
• 4.2 展望68-69
• 致謝69-70
• 參考文獻70-72

【參考文獻】

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本文編號：825398