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原文传递复合材料船体低速冲击损伤研究

论文题名：	复合材料船体低速冲击损伤研究
关键词：	复合材料船体;低速冲击损伤;抗冲击性能;优化设计
摘要：	复合材料船艇具有航速快、稳性好、抗风能力强、节能环保等诸多优势，广泛应用于渔船、游艇、猎扫雷艇、护卫舰等军用和民用工业。然而复合材料（Fiber Reinforced Plastics，简称FRP）结构在厚度方向上强度较弱，特别是层间粘接层的强度更低。因此复合材料船艇在受到重物跌落、舰船靠岸及舰艇间碰撞等低速碰撞作用时，易产生肉眼观察不到的各种内部损伤。当这种损伤达到一定程度时就会导致船艇出现裂痕，甚至会断裂沉没。故低速冲击对复合材料船艇的安全构成了极大的威胁。　　本文结合断裂力学、损伤力学及FRP失效准则，建立了FRP层合结构低速冲击损伤模型，分析了复合材料低速冲击损伤机理，探究了损伤规律。然后针对不同类型的复合材料船体舱段结构进行了低速冲击响应分析。最终通过优化对比分析，确定复合材料船体抗冲击设计方案，为今后的复合材料船艇抗冲击设计提供了指导。　　首先基于断裂力学和粘接理论，提出采用一种新的粘接单元模型。该模型使用了复合材料Chang-Chang破坏准则和刚度退化准则，既能模拟层内损伤也能模拟层间分层。利用该模型分析了复合材料低速冲击损伤机理。主要从空间曲度、冲击能量、铺层、边界条件等方面研究了复合材料平板、壳体、壳体板架的低速冲击损伤失效。对比研究了壳体与平板及T型加筋壳与夹层结构对冲击损伤因素的不同响应。　　其次，提出采用二维壳单元模拟真实的帽型材，实体单元模拟夹层结构的方法，研究了复合材料船艇常用单向帽型加筋板架、双向帽型加筋板架及夹层结构抗冲击特性。对比分析了外板与骨材在低速冲击中所起到的作用规律，同时对夹层结构芯材的抗冲击损伤性能进行了详细分析。　　最后，对复合材料船体舱段抗冲击性能进行了研究：从骨架结构形式、骨材结构尺寸、外板厚度等方面统计比较并作出优化，得出抗冲击设计方案，为今后的船艇抗冲击设计提供了参考。
作者：	赵勇
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：	2014
正文语种：	中文