一體化復合材料上層建筑力學性能及其連接結構設計研究.pdf

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

2、結構設計方法問題；最后是復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，證明了一體化復合材料上層建筑在大型水面艦艇應用的理論可行性。
　　為研究復合材料上層建筑參與總縱彎曲的響應特性，本文借助有限元仿真軟件ANSYS，分別校核了不同船長的復合材料上層建筑在總縱彎曲作用下的強度，證明了四種設計工況下，復合材料上層建筑不會發(fā)生失效破壞，并得到了垂向應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、應力沿高度方向分布規(guī)律；在進行上層建筑有效性分析時，將不同長度復材上建與鋼質上建進行了對比，得到上層建筑有效程度隨上建長度的變化曲線，結果表明復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。
　　盡可能降低整體結構質量是復合材料結構設計的目標。本文針對復合材料上層建筑的受力特點，提出了一套復合材料上層建筑結構優(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，為復合材料上層建筑在艦船上的

4、應用提供技術基礎。
　　復合材料由于存在漸進失效的特點，其極限強度分析以及損傷模式分析遠比鋼制結構復雜。本文根據(jù)Hashin失效準則，制定了相應的剛度退化折減方案，利用APDL語言實現(xiàn)ANSYS的二次開發(fā)，編寫漸進失效程序分析計算復合材料結構極限承載能力以及損傷擴展，并通過與雙螺栓單剪混合連接結構拉伸實驗結果對比，驗證了算法的準確性，為復合材料的失效計算提供了一種新的方法。
　　設計有效、可靠的復合材料與鋼連接結構是復合材料