船舶用复合材料变刚度层合板屈曲性能研究开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

复合材料领域经历了不断的演变,近年来,在上一代商用飞机中加入了由这些材料制成的高达50%的部件[1]。复合材料的代表产品之一,纤维增强层合板(复合材料层合板)具有较高的机械性能,因此作为先进的轻质结构的组成部分,它们的应用至关重要[2]。复合材料最显著的特征,是其优异的可设计性。传统的复合材料层合板纤维铺放角和厚度是固定值,因此,它的性能不会发生变化。从力学性能的角度看,传统的复合材料层合板的刚度是一个定值。在船舶日常航行中,会面对着及其复杂的环境条件,而传统的复合材料层合板的力学性能是固定不变的,这就不利于复合材料层合板在船舶上的应用。针对这种情况,变刚度复合材料层合板的概念孕育而出。变刚度复合材料层合板概念最早由Hyer等和Gurdal等提出,通过引入变角度的曲线纤维可改变层合板的应力分布情况,实现构件承载能力的提升[3]

变刚度复合材料层合板通常是通过自动铺丝技术得到的。自动铺丝技术是指在多坐标自动铺丝机的控制下,铺丝头将多束预浸丝束通过放卷、导向、传输、压紧、切割、辊压等功能在压辊下集束成带,并按照计算机规划的轨迹进行铺层的自动化铺放。在铺放过程可实现预浸丝束的单独控制,实现增减丝束,并可实现转弯铺放[4]。自动铺丝设备如图所示。


变刚度复合材料层合板主应力分布情况一个重要分析方法是有限元分析。它将变刚度复合材料层合板的整个铺层离散成一定数量的网格单元。尽管层合板实际的丝束铺放角是连续变化的,但由于单元尺寸较小,可以假设每个单元对应的铺放角度恒定,取为单元中心点对应的丝束铺放角度。显然单元尺寸越小,有限元模型与实际丝束曲线路径的误差越小。

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