复合材料船体层合板的极限强度分析

基于更新拉格朗日格式,应用非线性层合三维退化壳元,结合有效的复合材料失效准则、刚度退化模型以及文中提出的刚度矩阵奇异判断准则,对复合材料层合板在轴向载荷作用下的轴向压缩极限强度问题进行深入研究.讨论了铺层方式、板厚等对极限强度的影响.通过与试验结果进行比较,表明基于文中提出的刚度矩阵奇异判断准则,结合增量更新拉格朗日格式下非线性层合三维退化有限元的计算方法能有效计算复合材料层合板的轴向压缩极限强度,并具有很高的精度.     

复合材料层合板螺栓连接强度实验研究

通过对不同预紧力下舰船复合材料层合板单剪连接和双剪连接两种结构形式的静拉伸强度实验,考核了复合材料层板螺栓连接处的强度特性。实验结果表明:双剪连接结构强度随着预紧力的增大而增大。而在单剪连接结构中,一定范围内的预紧力可以增加连接结构的强度,过大的预紧力会使其连接强度减小。通过对以上实验现象的分析,认为预紧力对板的侧向约束限制并延缓了局部开裂和分层是预紧力增加螺栓连接结构强度的主要原因。     

玻璃纤维增强乙烯树脂复合材料层合板锥形冲头碰撞试验研究

利用自行设计的摆锤试验装置,对玻璃纤维增强乙烯树脂复合材料层合板结构开展了低速碰撞试验研究。通过对比分析冲击力、试件背面中心点位移以及采用超声C扫描定损技术,对复合材料层合板的损伤特性进行了详细分析。试验表明,在一定碰撞能量下复合材料层合板受冲击面出现明显损伤,同时伴随着内部大范围的分层损伤现象的发生;随着碰撞能量的增加,层合板受冲击面损伤程度随之增加,背冲击面也由无明显损伤到出现基体开裂和纤维断裂的现象变化;层合板内部分层的面积与其吸收的能量有关。     

含分层损伤复合材料层合板声激励下振动特性研究

本文通过对含厚度方向不同位置椭圆分层层合板结构动力分析,讨论平面声波激励对结构动力响应特性的影响,基于分层损伤结构变形特点,将含损伤层合板的基板和上下子板采用Mindlin板单元离散,而分层损伤区以虚拟连接单元模拟,根据耗散能的计算确定结构的模态阻尼特征,建立含损伤层合板的振动响应函数的有限元分析方法,用算例验证模型的可信性,在0-1000Hz范围内,计算了含厚度方向不同位置椭圆分层损伤层合板结构的固有频率、模态阻尼和幅频响应与相频响应,依据计算结果分析了分层损伤对动力特性的影响,有益于进一步对分层损伤建立识别模式.     

基于阶梯函数插值模型的复合材料层合板铺层优化设计

针对复合材料层合板铺层优化中的离散组合优化属性,本文提出一种提出基于拓扑优化罚函数思想的阶梯函数插值模型,建立复合材料连续变量与离散变量的映射关系,进而运用连续变量优化算法求解离散组合优化问题。基于线性递减权值策略的粒子群算法,考虑层合板最大基础频率,对层合板铺层角度进行离散组合优化设计,并与应用差分进化算法（DE）、模拟退火算法（SA）所得到的结果进行对比。结果表明,3种优化方法得到的最大基础频率一致,证明了提出方法的有效性。     

不同载荷形式下复合材料层合板渐进失效行为研究

近年来复合材料在船舶与海洋工程领域得到快速发展。船舶在服役周期内受载复杂,主要承载板材除受典型的面内拉压外载外,免不了遭受横向波浪载荷作用。研究复合材料层合板在不同载荷形式下结构的响应特征与损伤演化特性,有助于先进复合材料的性能评估及优化设计。本文采用三维实体单元及内聚力单元建立复合材料层合板模型进行计算分析,考察拉压载荷下层合板的极限承载能力与渐进失效过程,研究在横向载荷下层合板结构强度,对比分析其层内及层间损伤模式的差异性。     

单向复合材料高应变率下材料特性的研究

在船舶领域,复合材料及夹芯复合材料板梁结构已大量应用在舰船结构中,尤其游艇及复合材料高速艇上.在运行过程中,这些结构有时很可能会受到如砰击、碰撞等动态载荷或高速冲击载荷.然而到目前为止,大多数的结构设计所用到的材料特性仍基于低应变率情况下的准静态测试结果.该文研究了高速艇等结构中的纤维增强复合材料高应变率情况下的材料特性,通过引入一种粘弹性模型来模拟并分析研究对象.并在世界先进的INSTRON高应变率材料试验机上设计并完成了相关试验,验证了该枯弹性模型、确定了模型中的材料参数.该粘弹性模型然后被用来研究分析应变率对单向复合材料机械特性的影响.     

舰船加筋复合材料层合板的导纳分析

应用有限元法对加筋复合材料层合板结构进行固有振动特性和导纳特性分析。基于一阶剪切理论的复合材料层合板理论，采用4节点Mindlin壳单元进行结构离散，通过动力学原理建立结构动力学有限元方程，并编制出相应的计算机程序。针对双向加筋复合材料结构进行分析，讨论不同结构模态阻尼系数、不同激励位置、不同边界条件和加筋的疏密程度对结构原点导纳及跨点导纳的影响。依据计算结果，可以进一步研究舰船复杂结构振动能量的传递和隔振效果，为追求最佳振动和声学设计提供分析方法。     

爆炸载荷下复合材料层合板的抗冲击性能

研究复合材料层合板在爆炸载荷冲击下的抗冲击性能,并且讨论不同铝合金含量以及不同铺层类型的层合板试件。建立一种新型零厚度粘结层单元模型,可以准确地预测复合材料层间分层扩展。采用Johnson-Cook准则模拟铝板的损伤,Hashin准则模拟碳纤维的损伤,运用有限元软件Abaqus进行模型的仿真计算,并通过试验对比验证该模型计算的有效性。最后得出结论:在适当范围内,提高铝合金含量的比例,或者采用比较少的铺层数,可以很有效地减小爆炸载荷冲击引起的板件变形,减轻金属材料和纤维材料的损伤程度。但它们有负面效果,即会使板件吸能的能力降低。     

复合材料帆船桅杆强度可靠性分析

针对帆船桅杆失效事件,基于船舶领域可靠度理论,对复合材料帆船桅杆的可靠度进行计算。建立复合材料帆船桅杆的有限元模型,对某一铺层方案进行强度校核。基于可靠性理论,采用JC法和Matlab软件对复合材料帆船桅杆的强度可靠性进行分析,最终得到复合材料桅杆的可靠性指标。该研究能避免传统强度校核采用的确定性方法不能保证结构每个位置在一定概率下都是安全的缺点,对复合材料桅杆的结构可靠性研究具有一定的参考价值。     

考虑应变率相关性对材料性能影响的动载荷下集装箱船船体梁极限强度

  目的  近年来,诸如冲荡之类的动载荷对集装箱船结构强度的影响已成为重要课题之一,因此,有必要研究动载荷对船体梁极限强度的影响,并了解动载荷作用下的破坏特性。  方法  以集装箱船为研究对象,建立3 100 TEU集装箱船舯剖面半宽度模型,运用LS-DYNA商用有限元软件,分析船体梁在冲荡等动载荷作用下的极限强度。考虑应变率相关性对材料性能的影响,采用常规Cowper-Symonds公式及其不同的改进材料模型,对结构的极限载荷进行动态分析。  结果  结果表明：对于船体梁纵向弯曲破坏,在施加冲荡的动载荷时,动态极限载荷比准静态极限强度高出约7%~9%;即使施加的动载荷时长处于正常的波浪感应载荷水平,动态极限载荷也比准静态极限强度超出约4%~5%。  结论  在评估动态船体梁的极限强度时,可以使用常规CS公式。然而,在估算残余变形和残余强度时可能需要使用适当的材料模型。     

复合材料层合板低速冲击损伤特性影响因素

基于二维Hashin失效准则,在充分考虑低速冲击下层合板纤维和基体拉压失效等损伤模式下,计及材料退化并引入损伤因子,运用ABAQUS软件建立复合材料层合板低速冲击有限元模型。运用该模型深入研究层合板低速冲击问题,考察其动态响应和损伤演化过程,数值结果和实验值吻合良好,验证模型的合理性和准确性。在此基础上,通过对层合板进行各冲击工况的数值模拟,详细讨论冲击能量、铺层形式等参数对层合板低速冲击动态响应和损伤特性的影响规律。     

基于土-水特征曲线试验的非饱和土强度预测

港口地基土多为非饱和土,不同基质吸力下的土体强度特性各异,难以准确预测。以福建某港口地基工程非饱和粉质黏土为研究对象,开展土-水特征曲线(SWCC)试验、饱和及非饱和三轴压缩试验。依据土水特征曲线中AB段近线性特征,假设体积含水量与基质吸力对数值lg(u_a-u_w)线性相关,以A、B点数据作为已知条件,建立lg(u_a-u_w)与相对饱和度S_e的联系,基于Vanapalli强度预测模型,构建新的非饱和土强度预测模型,并给出参数求解方法。引用相关文献中非饱和有机质粉土和膨胀土试验数据,利用新建预测模型对3种非饱和土的强度进行预测,并与传统预测方法进行对比。结果表明,新建预测模型的强度辨识效果较好,对非饱和粉质黏土、有机质黏土和膨胀土的强度预测具有一定的可行性和适用性。     

基于无网格方法的复合材料层合板固有频率及特征值灵敏度分析

文章基于无网格法和弹性力学Hamilton正则方程,研究了复合材料层合板固有频率和特征值灵敏度分析问题。首先,结合径向基插值函数和修正后的H-R变分原理,推导了Hamilton正则方程的无网格列式。然后,以Multiquadric(MQ)、Gaussian(EXP)和薄板样条(TPS)为基函数,计算了复合材料层合板的固有频率及其特征值的灵敏度系数。文中的工作使得无网格法的优越性与弹性力学Hamilton正则方程的半解析法得到了有机的结合,为Hamilton正则方程提出了一种新的特征值灵敏度分析方法。     

Strength of ship plates under combined loading

Strength of ship plates plays a significant role in the ultimate strength analysis of ship structures. In recent years several authors have proposed simplified analytical methods to calculate the ultimate strength of unstiffened plates. The majority of these investigations deal with plates subjected to longitudinal compression only. For real ship structural plating, the most general loading case is a combination of longitudinal stress, transverse stress, shear stress and lateral pressure. In this paper, the simplified analytical method is generalized to deal with such combined load cases. The obtained results indicate that the simplified analytical method is able to determine the ultimate strength of unstiffened plates with imperfections in the form of welding-induced residual stresses and geometric deflections subjected to combined loads. Comparisons with experimental results show that the procedure has sufficient accuracy for practical applications in design.     

静水压力作用下的圆锥壳强度分析

圆锥壳结构在耐压容器与潜艇耐压壳体设计中被大量使用.文章建立了一种计算静水压力下圆锥壳强度的计算方法,利用幂级数法计算圆锥壳平衡微分方程的通解,通过构造变形函数利用Galekin法确定特解.算例结果表明文中提供的方法与有限元结果相当吻合,文中方法可以推广到轴对称压力作用下环肋圆柱壳结构强度分析.