一體化復(fù)合材料上層建筑力學(xué)性能及其連接結(jié)構(gòu)設(shè)計研究.pdf

1、復(fù)合材料在隱身性能和力學(xué)性能上的優(yōu)越的性能使其在尖端國防軍事領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用，美國最新一代驅(qū)逐艦DDG1000所采用的一體化復(fù)合材料上層建筑則是高性能復(fù)合材料在水面艦船方面應(yīng)用的最新成果，其一經(jīng)問世便受到各國的高度重視。我國在船用高性能復(fù)合材料的研究起步較晚，要實現(xiàn)一體化復(fù)合材料上層建筑在國內(nèi)主力艦船上的應(yīng)用，拋開成型工藝等因素，在設(shè)計方面必須先考慮以下三個問題：首先是復(fù)合材料上層建筑在總縱彎曲作用下的強(qiáng)度問題；其次是復(fù)合材料上層建筑

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法問題；最后是復(fù)合材料上層建筑與鋼制主船體的連接問題。論文針對上述三個方面的問題展開計算研究，證明了一體化復(fù)合材料上層建筑在大型水面艦艇應(yīng)用的理論可行性。
　　為研究復(fù)合材料上層建筑參與總縱彎曲的響應(yīng)特性，本文借助有限元仿真軟件ANSYS，分別校核了不同船長的復(fù)合材料上層建筑在總縱彎曲作用下的強(qiáng)度，證明了四種設(shè)計工況下，復(fù)合材料上層建筑不會發(fā)生失效破壞，并得到了垂向應(yīng)力和水平剪力沿船長方向上的分布規(guī)律以及船舯剖面上彎曲正

3、應(yīng)力沿高度方向分布規(guī)律；在進(jìn)行上層建筑有效性分析時，將不同長度復(fù)材上建與鋼質(zhì)上建進(jìn)行了對比，得到上層建筑有效程度隨上建長度的變化曲線，結(jié)果表明復(fù)合材料上層建筑相對于普通鋼制上建，其參與總縱彎曲程度很低。
　　盡可能降低整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的目標(biāo)。本文針對復(fù)合材料上層建筑的受力特點(diǎn)，提出了一套復(fù)合材料上層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算方法。按照此方法計算所得最優(yōu)方案相比于鋼制上建減重40％，減重效果較為明顯，為復(fù)合材料上層建筑在艦船上的

4、應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ)。
　　復(fù)合材料由于存在漸進(jìn)失效的特點(diǎn)，其極限強(qiáng)度分析以及損傷模式分析遠(yuǎn)比鋼制結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本文根據(jù)Hashin失效準(zhǔn)則，制定了相應(yīng)的剛度退化折減方案，利用APDL語言實現(xiàn)ANSYS的二次開發(fā)，編寫漸進(jìn)失效程序分析計算復(fù)合材料結(jié)構(gòu)極限承載能力以及損傷擴(kuò)展，并通過與雙螺栓單剪混合連接結(jié)構(gòu)拉伸實驗結(jié)果對比，驗證了算法的準(zhǔn)確性，為復(fù)合材料的失效計算提供了一種新的方法。
　　設(shè)計有效、可靠的復(fù)合材料與鋼連接結(jié)構(gòu)是復(fù)合材料