復(fù)合材料船體入水砰擊損傷研究.pdf

1、復(fù)合材料（Fiber Reinforced Plastic，F(xiàn)RP）有著高的比強、剛度，優(yōu)良的可設(shè)計性及抗疲勞特性等，以復(fù)合材料制造的船艇滿足了對高速、低排、耐用、安適等設(shè)計理念的追求，因此被普遍應(yīng)用到快艇、獵掃雷艇等民用和軍用船舶領(lǐng)域。隨著船舶高速化的發(fā)展，船體出水以后再次入水時，船體與水面之間極易出現(xiàn)砰擊現(xiàn)象，致使復(fù)合材料船體局部結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷。復(fù)合材料的損傷從產(chǎn)生到擴展是一個漸變發(fā)生的過程，產(chǎn)生的各種內(nèi)部細(xì)微損傷也不是憑著肉眼就能直

2、接觀察到的，因此砰擊損傷的存在對FRP船艇的安全性構(gòu)成了潛在威脅。
　　根據(jù)斷裂、損傷力學(xué)和FRP失效準(zhǔn)則的相關(guān)理論，本文用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對FRP層合板進(jìn)行了建模，低速沖擊FRP層合板的損傷模擬驗證了該模型的正確性。結(jié)合ALE算法、水動力砰擊理論完成了FRP層合板砰擊損傷機理的分析，探究了FRP層合板的損傷規(guī)律。接著根據(jù)復(fù)合材料船體艙段構(gòu)造形式的差異對其入水砰擊響應(yīng)狀況進(jìn)行了研究。經(jīng)過比較分析，得到了抗砰擊復(fù)

3、合材料船體的可用方案，為以后復(fù)合材料船艇的抗砰擊設(shè)計工作給出參考。
　　首先，為模擬復(fù)合材料的各種損傷形式，本文采用了一種基于粘結(jié)原理的界面元模型，用應(yīng)變能能量釋放率準(zhǔn)則來模擬層間損傷；單層板模型通過Change-Change失效準(zhǔn)則和剛度退化機制來模仿層內(nèi)損傷。利用FRP層合板模型從鋪層方向、板厚、斜升角、入水角、入水速度等方面研究了FRP入水砰擊損傷機理和失效形式。各因素對FRP層合板的損傷影響較大。
　　然后，使用FR

4、P層合板模型構(gòu)建外板，體單元模型模擬型材結(jié)構(gòu)，順序研究了T型加筋、單向帽型加筋以及雙向帽型加筋這3種常用加筋形式的FRP船艇板架的抗砰擊特性，并對比分析了外板和骨架對FRP船艇抗砰擊性能的不同影響。得出了外板是砰擊載荷的主要承受部件。
　　最后，從船艇艙段的骨架構(gòu)造方式、骨材的尺寸和船體板的厚度三個方面探究了復(fù)合材料船體艙段的抗砰擊特性。經(jīng)過比較分析，得到了抗砰擊復(fù)合材料船體的較優(yōu)方案，對今后復(fù)合材料船艇的抗砰擊設(shè)計工作來說具有參