综合集成桅杆振动特性与连接结构强度研究

论文摘要

综合集成桅杆因具有较好的隐身特性和较高的结构强度,在国内外舰船上被越来越广泛的采用。本文讨论了综合集成桅杆振动计算中边界条件的简化方法,并针对复合材料和钢的特殊连接,着重讨论了综合集成桅杆底部连接结构的设计。按照规范取边界条件,可得出较准确的振动模态,但建立模型会花费大量的时间,且不能确定边界条件中对模态影响最主要的因素。将实际边界简化为刚性约束得到的简化模型存在误差较大的问题,于是用弹性约束来描述边界条件。论文给出了确定弹性约束刚度系数的方法,并对模型做模态分析,结果能够满足工程实际要求,这种简化方法使分析工作量大幅减少。综合集成桅杆底部连接结构使用螺栓连接具有施工简单、耐疲劳、可拆换、连接的整体性和刚度较好等优点。螺栓连接是连接结构中所广泛采用的一种连接方式,但复合材料和钢结构的连接属于特殊连接,因此有必要对其具体受力进行分析研究。论文利用有限元软件模拟了单一螺栓构件在受拉力作用下的应力状况,讨论了模拟连接结构的影响因素,重点考虑了预紧力的影响,提出了模拟连接结构的方法,即预紧力单元法。论文对综合集成桅杆底部连接结构进行了设计,提出一种满足工程需要的综合集成桅杆的底部连接结构。应采用预紧力单元法对底部连接的单排多螺栓复杂结构进行数值计算,根据连接结构设计模拟螺栓与连接结构的相互作用,对螺栓和复合材料折边进行强度校核,结果满足强度要求。并将计算值与试验值进行对比,误差满足工程要求,表明用预紧力单元法计算单排多螺栓连接强度的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 桅杆振动研究
• 1.2.2 连接结构研究
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 综合集成桅杆振动特性
• 2.1 有限元分析的前处理
• 2.1.1 建立实体
• 2.1.2 定义单元类型
• 2.1.3 定义实常数和材料参数
• 2.2 几种边界条件处理方法
• 2.2.1 模态分析
• 2.2.2 结果分析
• 2.3 边界条件简化的进一步探讨
• 2.3.1 垂向刚度系数的计算
• 2.3.2 旋转刚度系数的计算
• 2.3.3 模态计算及结果分析
• 2.4 不同根部支持下的边界简化
• 2.4.1 理论计算
• 2.4.2 计算实例
• 2.4.3 结果分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 复合材料结构连接设计
• 3.1 复合材料结构的连接形式
• 3.1.1 机械连接
• 3.1.2 胶接连接
• 3.1.3 胶接螺接（或铆接）混合采用的胶螺（铆）连接
• 3.2 机械连接和胶接连接比较
• 3.3 螺栓连接参数选定
• 3.3.1 螺栓连接的预紧力
• 3.3.2 连接处构件接触面的处理和抗滑移系数
• 3.4 螺栓连接有限元模型的建立
• 3.4.1 单元的选取
• 3.4.2 材料模型的设定
• 3.4.3 模型尺寸及网格划分
• 3.5 螺栓连接受拉力分析的有限元模型及受力分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 连接结构强度的数值计算及实验对比
• 4.1 综合集成桅杆连接结构设计
• 4.2 螺栓的选取及预紧力的确定
• 4.3 作用载荷
• 4.3.1 桅杆结构及其设备的重力
• 4.3.2 舰船摇摆时所引起的惯性力
• 4.3.3 桅杆所受风力
• 4.4 连接结构数值模拟及结果分析
• 4.4.1 螺栓强度校核
• 4.4.2 复合材料外板过渡处强度校核
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢