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船用复合材料夹层板架极限强度分析
| 论文题名： | 船用复合材料夹层板架极限强度分析 |
| 关键词： | 船用复合材料;夹层板架;极限强度;结构承载力;渐进失效 |
| 摘要： | 轻型化是现代工程发展的一个主流趋势，这使得复合材料在船舶领域得到广泛的应用。其中，夹层结构作为复合材料中一种特殊的结构形式，因其质量轻、具有较大的弯曲刚度和强度，已在船舶中起到承担主要载荷的作用。然而，复合材料常常发生脆性失效，如基体开裂、纤维断裂、基纤剪切破坏、分层等，这些失效将导致结构承载能力下降甚至引起结构坍塌。为了提高夹层结构的设计性能以保证安全性同时兼顾经济性，因此非常有必要对这种结构形式的极限承载能力进行初步的探索。 本文首先基于层合板理论建立复合材料夹层板简化Zig-zag分析模型，研究其屈曲问题；其次，编写渐进失效分析子程序预测复合材料夹层板的损伤机理和极限强度；最后，将此结构应用于船舶结构中，初步开展复合材料夹层板架极限强度的探索。主要研究内容如下： （1）首先通过层合板理论重点研究铺层方式（铺层角度、铺层顺序）对其临界载荷的影响规律；随后，基于此理论建立复合材料夹层板简化Zig-zag分析模型，其面板采用一阶剪切变形理论，芯材选用Reddy高阶剪切变形理论，满足层间面内位移连续条件和剪应力连续条件。 （2）根据推导出的控制方程，利用MATLAB编写程序求解夹层板的稳定性问题。通过与文献结果进行对比，验证本文理论的合理性；此后，研究相关设计参数（面板厚度、芯材厚度、载荷系数、面板铺层方式）对临界载荷的影响规律，同时辅以有限元分析作为对比，验证有限元方法的正确性。 （3）基于ANSYS-APDL语言编写渐进失效分析子程序，其主要包含：应力转换关系、Hashin失效判断以及失效单元刚度退化。该程序考虑拉伸/压缩基体失效、拉伸/压缩纤维失效和二次失效等五种失效模式，预测复合材料夹层板的失效损伤机理和最终失效强度，并获得相关设计参数对夹层板极限强度的影响规律。 （4）为了探索夹层结构在船舶中的应用，对夹层板架结构进行渐进失效分析，确定其失效萌生、损伤扩展路径以及最终失效强度；然后，进一步研究夹层板架结构在组合载荷作用下的响应机理。 |
| 作者： | 潘康华 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 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： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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