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船用复合材料夹层板力学性能研究
| 论文题名： | 船用复合材料夹层板力学性能研究 |
| 关键词： | 复合材料;夹层板;响应分析;船体结构;力学性能 |
| 摘要： | 随着舰船科技的发展，复合材料在船舶领域中得到了广泛的应用。船用复合材料夹层板具有耐腐蚀、无磁性、导热系数低、易于加工成型和可设计性好等优点。但复合材料夹层板的力学行为比较复杂，对其力学性能开展相关研究，有利于复合材料夹层结构在船体结构上的推广应用和优化设计，具有一定的理论价值和工程指导意义。 本论文基于层合板理论，考虑船用夹层板的结构特性，对复合材料夹层结构的静力学和动力学问题进行了理论和数值仿真分析。建立了适用于复合材料夹层结构的力学模型并编程实现理论求解，在验证理论模型准确的基础上，分析了夹层结构弯曲特性、自由振动和动态响应及参数影响；并且基于有限元软件，对船用复合材料夹层板在外物冲击作用下的抗冲击性能进行了研究；并将复合材料夹层板应用于船体板架结构中，对复合材料船体板架结构的静力学问题进行了仿真分析。文中结论对新型复合夹层结构在船体中的应用和优化设计提供了依据和参考。具体工作主要有： （1）本文首先学习了经典夹层板理论，分别实现了Reissner夹层板理论和Hoff夹层板理论在复合材料夹层板的推广和应用。考虑复合材料夹层板的力学特性，在Sriniva建立的Zig-zag模型的基础上，推导实现了考虑面板剪切效应的一阶Zig-zag变形理论，给出了软、硬夹芯的两种力学求解模型；为了改善厚板的面内位移，本文在一阶Zig-zag理论基础上，建立了芯层基于三阶剪切变形理论的高阶Zig-zag理论模型，并根据Hamilton原理推导出其控制方程。 （2）重点基于本文推导的Zig-zag理论模型的控制方程，采用MATLAB语言编程求解了复合材料夹层板静力弯曲问题，通过与文献结果对比验证几种理论对于静力学问题求解的有效性，在此基础上研究了夹层板设计参数（面芯厚度比、长宽比、模量比）对夹层板弯曲性能的影响。 （3）基于推导的Zig-zag模型的控制方程，采用MATLAB语言编程求解了复合材料夹层板的自由振动问题，通过对比分析验证了本文推导模型的准确性，并对自由振动问题进行了参数影响分析；根据模型的运动方程，采用Newmark法求解复合材料夹层板在弹性变形阶段的横向动态响应，并讨论结构阻尼及芯层厚度对夹层结构动态响应的影响；最后基于LS-DYNA研究了外物冲击作用下的复合材料夹层板的抗冲击性能。 （4）在船体结构中，板架的结构形式较为复杂，对复杂结构应用理论计算有时比较困难。为了进一步指导复合材料夹层板在船舶结构中的应用，对复合材料夹层板架结构进行了静态力学性能分析，同时讨论了筋材尺寸及面板铺层角度对结构性能影响。 |
| 作者： | 陈一鸣 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 尹群;田阿利 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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