本文關(guān)鍵詞：FRP船舶機(jī)械連接接頭疲勞損傷研究

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【摘要】：復(fù)合材料(Fiber Reinforced Plastics,簡稱FRP)船艇具有比_7度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、抗風(fēng)性能優(yōu)異等諸多優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用船舶建造的各個方面。機(jī)械連接作為主要連接形式被廣泛應(yīng)用到FRP船舶的結(jié)構(gòu)中。但是,由于機(jī)械連接部位較大的應(yīng)力集中,容易產(chǎn)生疲勞損傷;復(fù)合材料本身的各向異性、脆性及其非均勻性使機(jī)械連接部位的失效更為復(fù)雜。本文在復(fù)合材料力學(xué)、損傷力學(xué)、FRP疲勞試驗和損傷研究的基礎(chǔ)上,將復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)在船舶上的應(yīng)用背景及有限元分析軟件ANSYS相結(jié)合。利用APDL語言人工編程,編寫了用于計算含孔復(fù)合材料層合板累計損傷及疲勞壽命預(yù)測的軟件程序,并以此為基礎(chǔ)研究了濕熱條件下含孔復(fù)合材料累積損傷和極限強(qiáng)度,多種機(jī)械連接接頭形式下的疲勞損傷。最終以含有機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的桅桿為研究對象進(jìn)行了強(qiáng)度分析及疲勞損傷研究,為今后船用機(jī)械連接結(jié)構(gòu)壽命研究提供了參考。首先,論文基于復(fù)合材料力學(xué)、損傷力學(xué)及疲勞理論,建立了適用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的疲勞損傷模型。該模型使用了復(fù)合材料Hashin破壞準(zhǔn)則和材料性能漸降模型,該模型具有通用性,能模擬并查看復(fù)雜的復(fù)合材料疲勞過程中產(chǎn)生的損傷,并計算結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。利用該模型對含孔復(fù)合材料進(jìn)行疲勞損傷分析,詳細(xì)討論溫度、濕度、孔間距等因素對含孔復(fù)合累積損傷的影響;找到影響材料極限強(qiáng)度因素的客觀規(guī)律。接下來,針對不同形式的機(jī)械連接結(jié)構(gòu),分別對單搭接接頭和雙搭接接頭進(jìn)行了疲勞損傷分析。研究了其靜強(qiáng)度、疲勞壽命及損傷拓展規(guī)律。最后對比分析了不同層鋪角對疲勞損傷的影響。最后,對含有機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料船舶桅桿進(jìn)行了疲勞損傷分析。首先對承受風(fēng)載荷下桅桿整體進(jìn)行了應(yīng)力、應(yīng)變分析,并以此為基礎(chǔ),對機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行力學(xué)簡化,進(jìn)而對其進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析,通過對比討論了加入芯材對桅桿整體強(qiáng)度的影響。最后對結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞分析,研究了結(jié)構(gòu)疲勞損傷拓展形式。研究結(jié)果為復(fù)合材料桅桿設(shè)計提供了參考。
【關(guān)鍵詞】：復(fù)合材料 疲勞損傷分析 機(jī)械連接結(jié)構(gòu) 船舶桅桿 數(shù)值仿真
【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】：2015
【分類號】：U664;U661.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 課題來源9
• 1.2 課題研究目的和意義9-10
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.3.1 濕熱條件下復(fù)合材料層合板試驗研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3.2 復(fù)合材料層合板疲勞性能試驗研究11-12
• 1.3.3 復(fù)合材料層合板機(jī)械連接接頭試驗研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.4 復(fù)合材料漸進(jìn)損傷分析現(xiàn)狀13-16
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 含孔復(fù)合材料層合板疲勞損傷研究17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 基于累積損傷法的FRP疲勞理論17-24
• 2.2.1 復(fù)合材料疲勞機(jī)理17-18
• 2.2.2 平面應(yīng)力狀態(tài)下復(fù)合材料應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系18-20
• 2.2.3 濕熱條件下復(fù)合材料本構(gòu)模型20-21
• 2.2.4 復(fù)合材料性能漸降模型21-22
• 2.2.5 復(fù)合材料性能突降模型22-24
• 2.3 疲勞損傷數(shù)值模擬方案及其驗證24-29
• 2.3.1 疲勞損傷數(shù)值模擬方案24-25
• 2.3.2 研究對象對比分析25-28
• 2.3.3 數(shù)值模擬驗證28-29
• 2.4 影響船用復(fù)合材料疲勞因素研究29-34
• 2.4.1 溫度對疲勞損傷的影響29-31
• 2.4.2 孔徑對疲勞損傷的影響31-32
• 2.4.3 層鋪角對疲勞損傷的影響32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第3章 復(fù)合材料機(jī)械連接構(gòu)件疲勞損傷分析35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 復(fù)合材料機(jī)械連接形式及損傷模式35-36
• 3.3 機(jī)械連接接頭的模型建立36-37
• 3.4 復(fù)合材料單搭接接頭疲勞損傷分析37-41
• 3.4.1 問題描述37-38
• 3.4.2 位移與應(yīng)力分析38-39
• 3.4.3 靜強(qiáng)度損傷分析39-40
• 3.4.4 疲勞損傷分析40-41
• 3.5 復(fù)合材料雙搭接接頭疲勞損傷分析41-48
• 3.5.1 問題描述41
• 3.5.2 位移與應(yīng)力分析41-42
• 3.5.3 靜強(qiáng)度損傷分析42-44
• 3.5.4 疲勞損傷分析44-45
• 3.5.5 層鋪角的影響45-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第4章 八邊形桅桿連接結(jié)構(gòu)疲勞損傷分析49-65
• 4.1 風(fēng)載下八邊形桅桿應(yīng)力-應(yīng)變分析49-52
• 4.1.1 八邊形桅桿有限元模型49-50
• 4.1.2 八邊形桅桿風(fēng)載下風(fēng)載特性50-52
• 4.2 八邊形桅桿機(jī)械連接結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度分析52-59
• 4.2.1 研究對象及其應(yīng)力狀態(tài)確定53-54
• 4.2.2 漸進(jìn)損傷失效分析54-57
• 4.2.3 泡沫夾層對整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響57-59
• 4.3 八邊形桅桿機(jī)械連接結(jié)構(gòu)疲勞損傷分析59-64
• 4.3.1 疲勞載荷定義59-60
• 4.3.2 疲勞壽命及損傷分析60-64
• 4.4 本章小結(jié)64-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果71-73
• 致謝73

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 鄭錫濤,李野,Ｍ．Ｇａｅｄｋｅ,Ｒ．Ｗｅｂｅｒ;濕熱對單向復(fù)合材料層合板Ⅱ型分層特性的影響[J];航空學(xué)報;1998年01期

2 王佩艷;王富生;岳珠峰;;石英纖維布氰酸酯樹脂基復(fù)合材料的環(huán)境試驗性能研究[J];實驗力學(xué);2010年03期

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本文編號：968954