复合材料船体梁总纵极限强度研究

摘要

复合材料在船体中的广泛应用和复合材料船体大型化、超大型化的发展趋势，使复合材料船体纵向极限强度的研究日益迫切。本文在借鉴钢船纵向极限强度计算方法的基础上，根据复合材料的自身特点，对复合材料船体纵向极限强度分析方法以及分析工具进行了深入的研究。
　　基于复合材料蔡-吴(Tsai-Wu)破坏准则和刚度退化准则，对复合材料板和加筋板的拉伸和压缩极限强度进行了研究。本文通过有限元计算结果与实验值的对比分析证明：基于有效的材料失效准则和刚度退化模型，使用非线性有限元法能够准确计算板和加筋板的极限强度。此外，本文也详细讨论了不同铺层方式和板厚对复合材料层合板及层合加筋板轴向压缩极限强度的影响。
　　基于Abaqus有限元二次开发技术，使用Python语言和Abaqus二次开发工具Toolkit，建立了复合材料船体梁截面的快速建模和分析软件工具。使用该软件工具，用户可以通过对复合材料船体截面进行合理的关键构件段划分，快速的建立复合材料船体梁截面模型，并可以使用有限元直接计算方法和渐进破坏分析方法进行复合材料船体纵向极限强度计算。该系统大大简化了复合材料船舶复杂结构形式的建模工作，提高了分析效率。
　　对钢船Smith极限强度计算方法进行了改进，考虑了复合材料铺层和截面刚度耦合等特殊性质，提出了适合复合材料船体梁极限强度计算的渐进破坏分析法。该方法相比于有限元直接计算方法计算精度相差不大，且计算时间更短，计算效率更高，具有较好的工程应用价值。
　　使用复合材料3维Hashin破坏准则和适当的刚度退化方法考虑了包含脱层损伤的复合材料层合板的拉伸极限强度，并对复合材料船体梁模型总纵极限强度进行了计算，结果表明脱层损伤模式使复合材料船体梁的中拱极限强度减小了6.2％,中垂极限强度减小了9.0%，并分析了脱层损伤过程及产生区域，为考虑脱层损伤模式的复合材料船体梁总纵极限强度计算提供了参考。

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第一章 绪 论

1.1 课题的来源、目的与意义

1.2 复合材料结构极限强度研究进展简述

1.3 本文研究内容

第二章 复合材料层合结构有限元分析方法

2.1 复合材料层合结构损伤分析力学模型

2.2 非线性有限元

2.3 本章小结

第三章 层合板和层合加筋板极限强度分析

3.1 层合板和层合加筋板极限强度强度

3.2 层合加筋板轴向极限强度

3.3 本章小结

第四章 复合材料船体梁总纵极限强度分析方法

4.1 复合材料船体梁极限强度定义

4.2 复合材料船体梁极限弯矩直接计算方法

4.3 复合材料极限弯矩渐进破坏分析法

4.4 本章小结

第五章 基于ABAQUS的复合材料船体梁极限强度分析的二次开发

5.1 ABAQUS二次开发方法

5.2 复合材料船体梁极限强度直接计算模块开发

5.3 复合材料船体梁极限强度渐进破坏模块开发

5.4 实例验证

5.5 本章小结

第六章 复合材料船体梁含脱层损伤极限强度分析

6.1 正交各向异性单层板的强度理论

6.2 复合材料层合板损伤理论

6.3复合材料层合板损伤数值分析

6.4 考虑脱层的复合材料船体梁极限强度分析

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 主要研究工作和结论

7.2 后续工作展望

参考文献

附录

致谢

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