T型节点对三明治板受弯性能的影响

摘要

随着海洋运输业的发展，人们对更大、更快和更轻运载工具的需求越来越大，而节约资源、降低能耗、保护环境和可持续发展是发展运载工具所面临的主要问题。激光焊接三明治板是一种新型的结构板，它是由上下面板和中间的支撑芯板组成，芯板和面板的连接是通过激光深熔焊。金属三明治板具有重量轻、比刚度大、比强度高的特点，基于这些优势，金属三明治板用在水面舰艇、飞机以及其他的运输工具上，以提高其运载能力和动力性。
　　本论文以I型三明治板为研究对象，为研究I型三明治板的受弯性能对SPFH780和BS960两种高强钢I型三明治板进行了外伸三点弯曲试验，并运用ABAQUS有限元分析软件对BS960高强钢三明治板不同焊接T型接头的连接宽度、接头间隙、接头偏移量和面板厚度等结构进行了有限元模拟计算。
　　通过对两种结构的三明治板的试验与对BS960高强钢三明治板的有限元计算结果发现:(1)面板厚度为5mm的BS960高强钢三明治板T型接头发生破坏而失效;面板厚度为2.5mm的SPFH780高强钢三明治板为面板屈曲失效;(2)在厚面板I型三明治结构中，T型接头的强度对结构的受弯性能的影响是显著的;(3)在影响T型接头强度的几何参数接头处激光焊焊缝厚度即接头连接宽度、接头间隙、接头偏移中，T型接头的接头连接宽度是主要影响因素，即T型接头的连接宽度将对I型三明治板的受弯性能影响最大;(4)T型接头的连接宽度的增大可以显著提高I型三明治板的弯曲性能，接头间隙的增大则可削弱I型三明治板的弯曲性能，而最危险T型接头的偏移量则对I型三明治板的弯曲性能影响不大，可以忽略;(5)BS960高强钢三明治板的最危险T型接头出现在上面板的中间节点处，既不靠近压头处也不靠近支座处;(6)在I型三明治板的制备过程中，三明治板的面板厚度将是影响T型接头连接宽度的关键性因素;(7)T型接头连接宽度对三明治板弯曲刚度的影响大于其对剪切刚度的影响;(8)面板厚度对三明治板弯曲刚度的影响小于其对剪切刚度的影响。通过对不同面板厚度对应不同连接宽度下I型三明治板的有限元模拟分析结果进行对比分析，选出接头与面板屈服相匹配的结构。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 金属三明治板的制造技术

1．3 金属三明治板的国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 三明治板的弯曲响应

1．5 三明治板的强度和刚度

1．5．1 三明治板的强度

1．5．2 三明治钢板弯曲刚度和剪切刚度

1．6 课题的提出

1．6．1 课题来源

1．6．2 本论文研究的主要内容

第2章 试验与分析

2．1 引言

2．2 外伸三点弯曲实验装置

2．2．1 滚轮轴承支座

2．2．2 加载装置

2．2．3 夹持装置

2．2．4 数据采集系统

2．3 实验过程

2．3．1 设备要求

2．3．2 实验过程

2．3．3 实验数据的应用

2．4 试验和分析

2．4．1 BS960高强钢结构实验结果与分析

2．4．2 780高强钢结构试验与分析

2．5 本章小结

第3章 三明治板有限元建模

3．1 前言

3．2 有限元模型的建立

3．3 模拟与实验结果对比分析

3．4 最危险T型接头塑性铰的发展

3．4．1 最危险T型接头的确定

3．4．2 最危险T型节点塑性铰的发展过程

3．5 本章小结

第4章 接头细部对三明治板受弯性能的影响

4．1 前言

4．2 接头几何特性对三明治板刚度的影响

4．2．1 接头连接宽度对三明治板抗变形能力的影响

4．2．2 接头间隙对三明治板抗变形能力的影响

4．2．3 接头偏移对三明治板抗变形能力的影响

4．3 接头几何特性对三明治板弯曲刚度和剪切刚度的影响

4．3．1 接头几何特性对三明治板弯曲刚度的影响

4．3．2 接头几何特性对三明治板剪切刚度的影响

4．4 本章小结

第5章 基于整体受弯性能面板的优化设计

5．1 前言

5．2 不同面板厚度三明治板模拟结果

5．2．1 三明治钢板面板厚度与接头几何尺寸的关系

5．2．2 不同面板厚度三明治板模拟结果

5．3 面板厚度对三明治板刚度的影响

5．3．1 面板厚度对整体刚度的影响

5．3．2 面板厚度对弯曲刚度的影响

5．3．3 面板厚度对剪切刚度的影响

5．4 对三明治板面板厚度的选定

5．5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

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