复合材料舱段连接失效机理及跨尺度性能预报

Composite hull joint is new task of high technology ship project. As complicated failure mechanism and numerious crack models are considered, composite hull joints has become a key technology for medidum-sized and large-sized compoiste ship development. This project mainly aims at failure mechanism and performance prediction of composite ship hull joints. We would study numerious crack models and effect factors of composite hull joints, and analysize the relativity between the crack models.Then we would creat failure tree to describe relativity between composite hull joints failure models, which would discover composite hull joints failure mechanism. Considering multi-scale character, we would build multi-scale model to discribe composite hull joints,and then a multi-scale mumerical method would be built to predicate composite hull joint performances. The study of the preject would provide theory and technology help to modern composite naval vessel and ship.

复合材料船体舱段连接是发展高技术船舶面临的新课题，鉴于复合材料连接失效模式众多、失效机理复杂，复合材料舱段连接技术也是大中型复合材料舰船研发的关键技术之一。 本项目主要针对复合材料船体舱段连接的失效机理和性能预报方法进行研究，研究复合材料舱段连接各种失效模式及影响因素，分析各失效模式之间的相关性，通过建立复合材料舱段连接失效模式关联性预报的故障树模型和识别算法，揭示复合材料舱段连接的失效机理；同时基于复合材料船体舱段连接的跨尺度特征，建立复合材料舱段连接的跨尺度性能传递模型，实现复合材料舱段连接的跨尺度性能预报，为大中型复合材料舰船的结构设计研究提供理论和技术支持。

随着复合材料在船舶结构中广泛应用，复合材料船体舱段连接成为复合材料结构设计的研究热点。目前，针对船体舱段这类大尺寸、厚截面复合材料连接的研究还相对较少，尤其缺乏复合材料舱段链接的跨尺度性能预报。本项目通过揭示舱段连接多种失效模式之间的复杂关系，基于渐进失效算法和跨尺度模型，解决了复合材料舱段连接跨尺度性能预报问题。.主要研究内容以及取得的重要结果：.1).复合材料舱段连接方案研究及失效模式分析.对主承力复合材料构件连接方案进行研究，提出了带金属接头复合材料连接方案，并完成了带金属接头复合材料连接件制备和力学性能测试，通过三点弯曲试验，揭示了带金属接头复合材料连接典型失效模式，并基于这些失效模式的认识，对其进行了FMEA分析，并对FMEA分析的结果进行了验证。.2).复合材料连接失效跨尺度模型与渐进失效算法.研究复合材料连接渐进失效算法，建立连接界面损伤扩展有限元模型和内聚力模型，实现复合材料机械连接从细观参数到宏观性能的跨尺度性能模拟。基于复合材料机械连接失效的跨尺度损伤特征以及螺栓连接挤压破坏特征，研究开孔区局部挤压下的复合材料细观失效模式以及分区破坏特征，建立复合材料细观参数与螺栓开孔局部挤压强度的分区跨尺度性能传递模型，给出复合材料细观参数对挤压强度的影响规律。.3).复合材料舱段连接参数设计与失效分析.基于Abaqus-Python的二次开发建立了带金属接头的复合材料舱段连接接头的数值模型，对其在拉伸、弯曲（上弯、下弯）载荷下的性能进行了预报，给出了典型破坏模式，并给出了接头区填充泡沫的长度对复合材料接头连接性能的影响规律，给出参数设计域值。.4).复合材料舱段连接性能预报与验证.研究典型复合材料舱段及连接工艺限制，完成缩比件制造，依据舱段典型载荷谱，完成复合材料典型舱段连接性能的实验验证；应用复合材料舱段连接跨尺度性能预报方法，分析复合材料舱段连接形式与设计参数对连接性能的影响规律，给出舱段连接设计准则。