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FRP船舶机械连接接头疲劳损伤研究
| 论文题名： | FRP船舶机械连接接头疲劳损伤研究 |
| 关键词： | 复合材料;船舶机械;连接接头;疲劳损伤;各向异性 |
| 摘要： | 复合材料（Fiber Reinforced Plastics，简称FRP）船艇具有比強度大、结构稳定、抗风性能优异等诸多优势，广泛应用船舶建造的各个方面。机械连接作为主要连接形式被广泛应用到FRP船舶的结构中。但是，由于机械连接部位较大的应力集中，容易产生疲劳损伤；复合材料本身的各向异性、脆性及其非均匀性使机械连接部位的失效更为复杂。 本文在复合材料力学、损伤力学、FRP疲劳试验和损伤研究的基础上，将复合材料机械连接结构在船舶上的应用背景及有限元分析软件ANSYS相结合。利用APDL语言人工编程，编写了用于计算含孔复合材料层合板累计损伤及疲劳寿命预测的软件程序，并以此为基础研究了湿热条件下含孔复合材料累积损伤和极限强度，多种机械连接接头形式下的疲劳损伤。最终以含有机械连接结构的桅杆为研究对象进行了强度分析及疲劳损伤研究，为今后船用机械连接结构寿命研究提供了参考。 首先，论文基于复合材料力学、损伤力学及疲劳理论，建立了适用于复合材料结构的疲劳损伤模型。该模型使用了复合材料Hashin破坏准则和材料性能渐降模型，该模型具有通用性，能模拟并查看复杂的复合材料疲劳过程中产生的损伤，并计算结构的疲劳寿命。利用该模型对含孔复合材料进行疲劳损伤分析，详细讨论温度、湿度、孔间距等因素对含孔复合累积损伤的影响；找到影响材料极限强度因素的客观规律。 接下来，针对不同形式的机械连接结构，分别对单搭接接头和双搭接接头进行了疲劳损伤分析。研究了其静强度、疲劳寿命及损伤拓展规律。最后对比分析了不同层铺角对疲劳损伤的影响。 最后，对含有机械连接结构的复合材料船舶桅杆进行了疲劳损伤分析。首先对承受风载荷下桅杆整体进行了应力、应变分析，并以此为基础，对机械连接结构的受力情况进行力学简化，进而对其进行了静强度分析，通过对比讨论了加入芯材对桅杆整体强度的影响。最后对结构进行疲劳分析，研究了结构疲劳损伤拓展形式。研究结果为复合材料桅杆设计提供了参考。 |
| 作者： | 高源 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 董科 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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