泡沫夾芯復(fù)合材料T型接頭彎曲性能研究.pdf

1、T型接頭是船舶中的重要連接結(jié)構(gòu)之一，常用于連接隔水艙艙壁和船體。T型接頭既能有效分散載荷，也可保持船體的整體耐水性。當(dāng)船體承受外界載荷時，通過T型連接可以實(shí)現(xiàn)垂直面間載荷的傳遞。因此T型連接的接頭處是整個結(jié)構(gòu)中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。船舶的安全性在很大程度上取決于子結(jié)構(gòu)之間的T型接頭。因此設(shè)計合理的復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)T型接頭對船舶安全意義重大。相較于傳統(tǒng)的金屬或純復(fù)合材料T型接頭，泡沫夾芯復(fù)合材料T型接頭具有質(zhì)量輕、剛度高以及抗沖擊性能好的優(yōu)點(diǎn)。

2、采用泡沫夾芯T型接頭替代傳統(tǒng)T型接頭必將成為船舶建造中的主流趨勢。因此本文結(jié)合有限元分析法，研究了泡沫夾芯復(fù)合材料T型接頭的幾何形狀對其抗靜態(tài)彎曲載荷以及瞬態(tài)彎曲載荷的影響。
　　材料性能參數(shù)的準(zhǔn)確性決定了分析結(jié)果的正確與否。為此本文首先通過一系列實(shí)驗(yàn)測定了接頭所用方格布增強(qiáng)復(fù)合材料的基本力學(xué)性能。通過ANSYS的APDL語言建立了T型接頭的參數(shù)化有限元模型，并參考álvaro失效準(zhǔn)則以及Ye分層失效準(zhǔn)則，根據(jù)纖維織物復(fù)合材料的特

3、點(diǎn)給出了本文的失效判據(jù)以及剛度退化方式。采用APDL語言編寫了T型接頭的漸進(jìn)失效分析程序，并通過拉伸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了程序的有效性。
　　采用正交實(shí)驗(yàn)法，考察了泡沫夾芯厚度、三角泡沫墊角度、加強(qiáng)片厚度以及橫板上加強(qiáng)片長度四個因素對泡沫夾芯復(fù)合材料T型接頭的抗彎曲性能的影響。結(jié)果表明對接頭彎曲性能的影響程度從強(qiáng)到弱依次為：芯材厚度、泡沫墊角度、橫板上加強(qiáng)片末端距離橫板末端的距離以及加強(qiáng)片厚度。最優(yōu)的T型接頭方案：泡沫厚度為50mm、泡沫墊的

4、角度為60°、加強(qiáng)片厚度為7mm以及上加強(qiáng)片末端距離橫板末端20mm。該方案并未出現(xiàn)在已做過的9組實(shí)驗(yàn)中，通過補(bǔ)充模擬驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證明了最佳方案確實(shí)具有最高的抗彎曲性能。
　　最后采用瞬態(tài)分析研究了四個因素分別對接頭抗瞬態(tài)彎曲載荷的影響。結(jié)果表明當(dāng)泡沫墊的角度增加時，接頭的抗動態(tài)載荷性能出現(xiàn)波動，70°是泡沫墊的最佳設(shè)計角度；與前者類似，當(dāng)芯材厚度的增加時，接頭的抗動態(tài)載荷性能也出現(xiàn)波動，40mm是最佳設(shè)計厚度；加強(qiáng)片厚度的增加會降低