復合材料殼體承壓性能分析

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 水下航行器輕量化的意義 1
1.2 纖維復合材料耐壓結構應用現(xiàn)狀 3
1.2.1 屈*行為 4
1.2.2 損傷行為 6
1.2.3 承壓性能測試 9
1.3 當前存在的問題和不足 11
第2章 特征值屈* 12
2.1 靜水壓力下的殼體屈*控制方程 12
2.1.1 平衡方程 13
2.1.2 本構方程 14
2.1.3 幾何方程 16
2.1.4 控制方程及求解 16
2.2 三角類形函數(shù) 18
2.2.1 邊界條件和屈*特征 18
2.2.2 殘差及特征方程 20
2.3 梁振動模態(tài)形函數(shù) 23
2.3.1 邊界條件和屈*特征 23
2.3.2 殘差及特征方程 26
2.4 數(shù)值分析與驗證 29
2.4.1 數(shù)值分析 29
2.4.2 對比驗證 32
2.5 本章小結 36
第3章 屈*特性 37
3.1 幾何因素對穩(wěn)定性的影響 37
3.1.1 徑厚比對穩(wěn)定性的影響 37
3.1.2 長徑比對穩(wěn)定性的影響 41
3.2 剛度系數(shù)對穩(wěn)定性的影響 44
3.2.1 不同徑厚比下剛度系數(shù)對穩(wěn)定性的影響 44
3.2.2 不同纏繞方式下剛度系數(shù)對穩(wěn)定性的影響 46
3.3 纖維纏繞角度和層數(shù)對穩(wěn)定性的影響 50
3.3.1 穩(wěn)定性優(yōu)化設計方法 50
3.3.2 纖維纏繞角度和對應層數(shù)對臨界失穩(wěn)載荷的影響 51
3.4 本章小結 56
第4章 面內損傷 57
4.1 面內損傷數(shù)值模型 57
4.1.1 連續(xù)線性退化策略 57
4.1.2 有限元模型 63
4.1.3 面內損傷模型驗證 64
4.2 殼體幾何尺寸對面內損傷的影響 65
4.2.1 殼體厚度與長度對損傷的影響 65
4.2.2 幾何尺寸對殼體強度與穩(wěn)定性的影響 71
4.3 纏繞角度對面內損傷的影響 75
4.3.1 纏繞角度對短殼體的影響 75
4.3.2 纏繞角度對長殼體的影響 79
4.4 本章小結 83
第5章 分層損傷 84
5.1 分層損傷數(shù)值模型 84
5.1.1 含初始分層損傷的數(shù)值模型 85
5.1.2 無初始損傷的數(shù)值模型 87
5.1.3 分層損傷模型驗證 89
5.2 分層損傷的影響因素 91
5.2.1 初始分層損傷形狀與面積的影響 92
5.2.2 初始分層損傷深度的影響 99
5.2.3 纏繞角度對分層擴展的影響 104
5.3 本章小結 108
第6章 承壓性能優(yōu)化和增強 110
6.1 強度準則 110
6.1.1 Tsai-Wu失效準則 110
6.1.2 屈*變形 113
6.1.3 失效路徑 116
6.2 纖維纏繞角度和層數(shù)對強度的影響 117
6.2.1 強度分析平臺 118
6.2.2 不同壁厚時纖維纏繞角度和層數(shù)對強度的影響 119
6.3 承壓性能優(yōu)化 120
6.3.1 優(yōu)化設計平臺 120
6.3.2 碳纖維圓柱殼體 122
6.3.3 硼纖維圓柱殼體 128
6.3.4 玻璃纖維圓柱殼體 133
6.4 鋁合金內襯增強 138
6.4.1 鋁合金內襯增強碳纖維圓柱殼體 139
6.4.2 鋁合金內襯增強硼纖維圓柱殼體 142
6.4.3 鋁合金內襯增強玻璃纖維圓柱殼體 145
6.5 鈦合金內襯增強 148
6.5.1 鈦合金內襯增強碳纖維圓柱殼體 148
6.5.2 鈦合金內襯增強硼纖維圓柱殼體 150
6.5.3 鈦合金內襯增強玻璃纖維圓柱殼體 151
6.6 兩種增強方式對比 152
6.7 本章小結 153
第7章 無觀測條件下殼體承壓性能測試 155
7.1 試驗系統(tǒng)組成及測試方法 155
7.1.1 試驗模型 155
7.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 158
7.1.3 試驗流程 159
7.1.4 試驗工況 161
7.2 碳纖維圓柱殼體靜力行為 162
7.2.1 殼體的應變 162
7.2.2 裙邊的應變 165
7.2.3 封頭的應變 166
7.2.4 殼體的應力 168
7.2.5 殼體的位移 170
7.3 碳纖維圓柱殼體非線性行為 171
7.3.1 殼體的環(huán)向應變非線性 171
7.3.2 殼體的軸向應變非線性 175
7.3.3 裙邊的環(huán)向應變非線性 177
7.4 殼體承壓性能與殘余沖擊力 178
7.4.1 殼體承壓性能 178
7.4.2 殘余沖擊力 178
7.5 本章小結 179
第8章 可視化條件下殼體承壓性能測試 181
8.1 可視化測試系統(tǒng)和等效邊界 181
8.1.1 可視化測試系統(tǒng) 181
8.1.2 等效邊界條件下屈*解析方案 183
8.2 鋁合金圓柱殼體屈*行為 189
8.2.1 鋁合金圓柱殼體線性屈* 190
8.2.2 鋁合金圓柱殼體非線性屈* 193
8.2.3 鋁合金圓柱殼體屈*形貌 195
8.2.4 鋁合金圓柱殼體測點應變 197
8.2.5 鋁合金圓柱殼體屈*載荷 201
8.3 碳纖維復合材料圓柱殼體屈*行為 201
8.3.1 碳纖維復合材料圓柱殼體線性屈* 201
8.3.2 碳纖維復合材料圓柱殼體非線性屈* 204
8.3.3 碳纖維復合材料圓柱殼體屈*形貌 208
8.3.4 碳纖維復合材料圓柱殼體測點應變 211
8.3.5 碳纖維復合材料圓柱殼體屈*載荷 215
8.4 SiC陶瓷圓柱殼體屈*行為 216
8.4.1 SiC陶瓷圓柱殼體線性屈* 216
8.4.2 SiC陶瓷圓柱殼體非線性屈* 219
8.4.3 SiC陶瓷圓柱殼體屈*形貌 220
8.4.4 SiC陶瓷圓柱殼體測點應變 221
8.4.5 SiC陶瓷圓柱殼體屈*載荷 224
8.5 本章小結 225
參考文獻 226