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原文传递复合材料船体入水砰击损伤研究

论文题名：	复合材料船体入水砰击损伤研究
关键词：	船用复合材料;入水砰击损伤;抗砰击设计;有限元分析
摘要：	复合材料（Fiber Reinforced Plastic，FRP）有着高的比强、刚度，优良的可设计性及抗疲劳特性等，以复合材料制造的船艇满足了对高速、低排、耐用、安适等设计理念的追求，因此被普遍应用到快艇、猎扫雷艇等民用和军用船舶领域。随着船舶高速化的发展，船体出水以后再次入水时，船体与水面之间极易出现砰击现象，致使复合材料船体局部结构发生损伤。复合材料的损伤从产生到扩展是一个渐变发生的过程，产生的各种内部细微损伤也不是凭着肉眼就能直接观察到的，因此砰击损伤的存在对FRP船艇的安全性构成了潜在威胁。　　根据断裂、损伤力学和FRP失效准则的相关理论，本文用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对FRP层合板进行了建模，低速冲击FRP层合板的损伤模拟验证了该模型的正确性。结合ALE算法、水动力砰击理论完成了FRP层合板砰击损伤机理的分析，探究了FRP层合板的损伤规律。接着根据复合材料船体舱段构造形式的差异对其入水砰击响应状况进行了研究。经过比较分析，得到了抗砰击复合材料船体的可用方案，为以后复合材料船艇的抗砰击设计工作给出参考。　　首先，为模拟复合材料的各种损伤形式，本文采用了一种基于粘结原理的界面元模型，用应变能能量释放率准则来模拟层间损伤；单层板模型通过Change-Change失效准则和刚度退化机制来模仿层内损伤。利用FRP层合板模型从铺层方向、板厚、斜升角、入水角、入水速度等方面研究了FRP入水砰击损伤机理和失效形式。各因素对FRP层合板的损伤影响较大。　　然后，使用FRP层合板模型构建外板，体单元模型模拟型材结构，顺序研究了T型加筋、单向帽型加筋以及双向帽型加筋这3种常用加筋形式的FRP船艇板架的抗砰击特性，并对比分析了外板和骨架对FRP船艇抗砰击性能的不同影响。得出了外板是砰击载荷的主要承受部件。　　最后，从船艇舱段的骨架构造方式、骨材的尺寸和船体板的厚度三个方面探究了复合材料船体舱段的抗砰击特性。经过比较分析，得到了抗砰击复合材料船体的较优方案，对今后复合材料船艇的抗砰击设计工作来说具有参考意义。
作者：	殷宪龙
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：	2016
正文语种：	中文