船体复合材料帽型加筋板渐进破坏分析

复合材料加筋板复杂的破坏过程与失效形式增加了应用难度。以面外均布载荷与面内压缩联合作用下的夹芯复合材料帽型加筋板为研究对象,在通过试验结果验证非线性有限元方法准确性的基础上,基于复合材料的hashin准则与胶层界面的最大应力准则展开渐进破坏分析,讨论了极限载荷、破坏模式及失效机理。采用有限元子模型技术对中段破坏区域建模,基于Shokrieh-Hashin准则进行局部破坏分析,讨论蒙皮的铺层损伤规律。结果表明:加筋板呈整体一阶屈曲破坏,极限载荷为316.8 kN;壁板下蒙皮的纤维压缩失效是导致加筋板整体破坏的原因;各铺层的面内失效规律基本相同,蒙皮的纤维压缩失效从外层逐渐向内层扩展,且扩展速率逐渐降低。     

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。     

船体复合材料帽型加筋板渐进破坏分析

复合材料加筋板复杂的破坏过程与失效形式增加了应用难度。以面外均布载荷与面内压缩联合作用下的夹芯复合材料帽型加筋板为研究对象,在通过试验结果验证非线性有限元方法准确性的基础上,基于复合材料的hashin准则与胶层界面的最大应力准则展开渐进破坏分析,讨论了极限载荷、破坏模式及失效机理。采用有限元子模型技术对中段破坏区域建模,基于Shokrieh-Hashin准则进行局部破坏分析,讨论蒙皮的铺层损伤规律。结果表明:加筋板呈整体一阶屈曲破坏,极限载荷为316.8 kN;壁板下蒙皮的纤维压缩失效是导致加筋板整体破坏的原因;各铺层的面内失效规律基本相同,蒙皮的纤维压缩失效从外层逐渐向内层扩展,且扩展速率逐渐降低。     

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.     

复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度研究

随着复合材料船舶建造尺寸越来越大,结构极限强度评估具有重要意义。本文基于后屈曲理论,通过渐进失效分析方法对复合材料夹层板架结构在组合载荷作用下的极限强度展开研究。首先通过与相关复合材料层合板试验及数值仿真结果进行对比,验证了本文渐进失效分析方法的准确性。然后,以复合材料夹层板架结构作为船舶上层建筑并考虑其受力特性,对具有初始缺陷且在轴向和侧向压力同时作用下的复杂受力状态的夹层板架结构进行计算,得到夹层板架结构的首层失效强度以及最终承载能力,并对失效位置做出预报。     

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。     

斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板冲击后压缩行为分析

[目的]为分析冲击损伤对层合板压缩强度和失效行为的影响,对冲击后的编织碳纤维复合材料层合厚板开展面内压缩试验和数值仿真研究。[方法]通过建立有限元模型,开展层合板冲击后的压缩仿真分析,采用Fortran语言编写用户自定义材料子程序（VUMAT）,实现改进的Hashin失效准则和基于损伤变量的材料退化模型在ABAQUS/Explict中的应用;从压缩强度和压缩破坏模式两方面将数值模拟与试验结果进行对比,验证所建立数值模型的有效性。[结果]结果显示,冲击损伤会降低层合板的压缩强度,无损层合板的压缩失效模式为端部破坏,冲击后的层合板会出现横贯试件中部的截断式破坏;冲击后的压缩强度会随冲击能量的增大而降低,但压缩强度与冲击能量之间并不存在线性关系;层合板损伤行为的拓展与压缩载荷的历程密切相关,压缩载荷在达到层合板破坏载荷的阈值之前,层合板的损伤几乎没有发生拓展,一旦压缩载荷达到阈值,损伤将沿宽度方向迅速拓展,最终发生横贯整个模型宽度方向的压缩损伤。[结论]所做研究可为斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板的抗冲击性能评估提供参考。     

船舶复合材料加筋板屈曲和后屈曲行为研究

基于数值方法和有限元计算对船用复合材料加筋板进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,探究危险载荷工况下加筋板的屈曲模态、临界屈曲载荷和后屈曲极限承载能力。考虑复合材料加筋板的基体失效、剪切失效和纤维失效,采用Hashin失效准则和动力显式分析方法进行非线性屈曲分析。分析结果表明:临界屈曲载荷、屈曲/后屈曲行为以及极限承载能力等与试验结果吻合较好,复合材料加筋板的极限承载能力约为临界屈曲载荷的5.4倍。通过参数化研究,分析了铺层角度、厚度以及加筋板间距对船舶复合材料加筋板屈曲和后屈曲行为的影响程度,为复合材料船体结构的力学行为评估、设计应用等提供一种有效参考。     

复合材料导管导流罩渐进失效分析

基于连续损伤力学（Continuum Damage Mechanics,CDM）理论对复合材料导管导流罩进行渐进失效分析,结合刚度降级方法从材料失效角度对导流罩结构极限承载能力和失效演变情况进行研究。利用APDL参数化语言编写程序建立复合材料导管导流罩有限元模型,应用多帧重启动及弧长法实现分析过程。根据Tsai-Wu失效准则判断复合材料损伤及损伤原因,并对失效单元进行连续记录。结果表明：复合材料导流罩结构最先出现基体开裂失效模式,此时少量破坏对导流罩整体结构性能影响较小;随着载荷继续增加出现纤维断裂失效模式;在纤维断裂大规模出现时,载荷位移非线性关系逐渐明显,结构性能急剧下降;整个过程几乎没有出现界面剪切失效情况。根据结构载荷位移曲线和失效单元数目变化情况,导流罩承载时的Tsai-Wu失效因子作为复合材料导管导流罩的强度校核指标具有理论和实际意义。     

轻质夹芯复合材料结构强度评估方法研究

由于具有高强度、高模量、重量轻、耐腐蚀的优良特点,复合材料在船舶上的应用逐渐成为研究热点.目前可查阅的关于船体复合材料结构强度校核的文献很罕见以及各种规范对船体复合材料结构强度校核尚未给出明确的说明.与各向同性材料的强度评估方法相比,复合材料强度评估有很大的不同.本文基于试验结果,分别采用壳单元、实体-壳单元和实体单元模型对复合材料结构进行数值分析,确定用于轻质夹芯复合材料结构强度评估的合理有限元模型.基于渐进损伤分析理论,采用Tsai-Wu失效准则和突降退化模型,对轻质夹芯复合材料的极限强度进行评估.结果表明:计及结果精确性与计算成本,可用壳单元模型分析复合材料结构的应力-应变分布;渐进损伤分析方法结合材料退化模型不仅有效地对复合材料结构的极限强度进行预测,同时还能判断材料的失效模式.     

船用玻璃纤维增强复合材料与钢连接结构的力学特性（英文）

The use of a glass-fiber reinforced composite in marine structures is becoming more common, particularly due to the potential weight savings. The mechanical response of the joint between a glass-fiber reinforced polymer(GRP) superstructure and a steel hull formed is examined and subsequently modified to improve performance through a combined program of modeling and testing. A finite-element model is developed to predict the response of the joint. The model takes into account the contact at the interface between different materials, progressive damage, large deformation theory, and a non-linear stress-strain relationship. To predict the progressive failure, the analysis combines Hashin failure criteria and maximum stress failure criteria. The results show stress response has a great influence on the strength and bearing of the joint. The Balsawood-steel interface is proved to be critical to the mechanical behavior of the joint. Good agreement between experimental results and numerical predictions is observed.     

玄武岩纤维复合材料层合加筋板轴向动力压缩破坏分析

基于通用有限元软件,结合复合材料失效准则对玄武岩纤维复合材料层合加筋板在轴向动力压缩载荷作用下的破坏问题进行了研究,并比较了玄武岩纤维复合材料层与S-2玻璃纤维增强复合材料帽形层合加筋板轴向动力压缩破坏的差异.研究结果表明,玄武岩纤维复合材料层合加筋板具备与S-2玻璃纤维复合材料层合加筋板相当的轴向压缩性能.本研究可以为选用玄武岩纤维作为高速舰船船体材料提供参考依据.     

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。     

复合材料层合结构悬臂梁振动特性试验

以复合材料层合结构悬臂梁为研究对象，推导层合结构悬臂梁振动特性公式，计算层合梁的低阶固有频率。采用电测和光测两种试验方法，对复合材料层合结构悬臂梁的振动特性开展研究，并分析不同测试方法、传感器类型、测点数量、激励方式等对测试结果的影响。将理论与试验相结合，得到一种可应用于复合材料层合结构悬臂梁振动测试的试验方法。综合比较电测法与光测法中所有悬臂梁振动测试的试验方法，研究结果表明采用光纤式激光测振仪为优选。光纤式测振仪光学头与被测试件的垂直距离为0.5 m，采用锤击瞬态激励方式的采样时间为5 s，由该方法测量取得的悬臂梁振动试验数据误差最小。     

复合材料螺旋桨强度评估方法研究

为实现对复合材料螺旋桨强度进行准确的评估，本文基于Hashin强度准则对特定铺层的螺旋桨在设计工况水动力载荷下进行强度评估；鉴于模拟螺旋桨所受水动力载荷具有很大的局限性，开展等效集中力研究；静强度试验表明，有限元计算结果与试验结果吻合较好，各测点处应变均呈线性增长，有效佐证了强度评估方法的可靠性。     

Stress and failure analyses of thermoplastic composite pipes subjected to torsion and thermomechanical loading

The interest of using thermoplastic composite pipes has increased in offshore deepwater oil fields. Thermoplastic composite pipes consist of several carbon/glass fiber reinforced laminate layers to confer stiffness and strength located between inner and outer homogeneous thermoplastic layers for fluid containment and protection. This paper presents a theoretical analysis for thermoplastic composite pipes under combined pure torsion and thermomechanical loading from operational thermal gradients, considering the inner and outer isotropic homogeneous layers and intermediate transversely isotropic laminate ply layers. Perfect bond between adjacent layers and interfaces continuities are assumed. Based on the obtained stresses in the principal material directions, through-thickness failure indexes related to the von Mises and Maximum Stress or Tsai-Hill criteria are respectively evaluated for homogeneous and laminate layers. For each thermal gradient, the limit torque (i.e. when the failure index is equal to 1) is calculated. From the case study, it is observed that without thermal loading or for small operational temperature, failure occurs in the laminate, otherwise it is observed in the inner homogeneous layer. The thickness of the homogeneous layer significantly affects the limit torque and the absolute values of the limit clockwise and anticlockwise torque slightly differ when the operational temperature is included.