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弯曲载荷下夹芯复合材料T型接头强度研究
| 论文题名： | 弯曲载荷下夹芯复合材料T型接头强度研究 |
| 关键词： | 船舶设计;复合材料;夹芯结构;T型接头;弯曲载荷 |
| 摘要： | 复合材料因其轻质量、高强度和低磁性等优良特性，被越来越多地应用于船舶设计建造中。T型接头是船舶结构中典型的接头形式，常用于船体与舱壁之间的连接，以传递载荷并保持船体的水密完整性。目前国内外对于夹芯复合材料T型接头的研究还不成熟，因此本文进行了弯曲载荷下夹芯复合材料T型接头的强度研究，对复合材料船舶结构的设计有重要意义。 首先，根据复合材料夹芯结构的特性选取了考虑分层失效的Shokrieh-Hashin失效准则和相应的刚度退化模型。接着基于有限元软件Abaqus，采用本文的数值模拟方法对弯曲载荷作用下的夹芯复合材料TA型接头进行渐进失效分析，预测了TA型接头的失效载荷和失效模式，通过试验结果验证了该方法的可靠性和准确性。 然后，使用该数值模拟方法预测了弯曲载荷下几种不同类型的夹芯复合材料T型接头的失效载荷和失效模式。几种不同类型的T型接头按照极限载荷值从大到小的顺序可排列为：TC、TA、TB、TD、TE。就最终失效模式而言，TB与TA型接头相似，主要为粘接层脱粘和面板的基体失效；TC型接头主要为面板的纤维基体剪切失效和分层失效；TD和TE型接头主要为面板的分层失效。 最后，选取五种类型接头中极限载荷值最大的TC型接头做进一步研究，采用单一变量法讨论弯曲载荷作用下影响其强度的因素，所选择的四个变量分别为三角形泡沫垫底角角度、搭接面板长度、三角形泡沫垫直角边长和泡沫夹芯厚度。其中三角形泡沫垫底角角度对TC型接头极限载荷的影响程度最大，随着泡沫垫底角角度的增加，极限载荷值呈现先增加后减小的变化趋势，且45°时极限载荷值最大；随着搭接面板长度的增加，极限载荷值的增幅十分缓慢，几乎没有变化；随着三角形泡沫垫直角边长的增加，极限载荷值先增大后减小；极限载荷值随着泡沫夹芯厚度的增加而不断增加，但增幅越来越小。就TC型接头的最终失效模式而言，四个系列所有模型均主要为复合材料面板的失效。三角形泡沫垫底角角度这一系列模型，随着底角角度的增加，最终失效位置从三角形过渡区顶角拐角处向底角拐角处转移；除底角角度这一系列模型外，其他三个系列模型的最终失效位置均发生在底角拐角处。 |
| 作者： | 王奎 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 严仁军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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