复合材料箱形梁桥节设计及静力分析

论文摘要

复合材料作为一种新型材料,具有轻质高强、可设计性好、减震性能好、疲劳强度高、耐腐蚀性能强及更好的防护和隐蔽作用等优异性能,对复杂多变的战场环境具有更强的适应能力。鉴于我国军用桥梁在保障部队机动中的重要性和现有研究的不足,本文结合现有的研究成果,通过数值模拟的方法,设计了能够保障军用50t级履带式荷载和20t级轮式荷载的车辙式单箱多室复合材料箱形桥节,系统深入地研究了复合材料箱形桥节的结构设计,进行了桥节铺层方式,截面形式等方案的优选,以及在相应荷载作用下的桥节所发生的弯曲及扭转变形等问题,本文的主要工作和创新性成果如下:(1)通过阅读大量文献资料,对现阶段国内外军用桥梁的发展现状做了详细的研究,总结了复合材料在军用桥梁结构中的应用现状,及复合材料箱形梁及复合材料箱形梁弯曲和扭转等各方面的理论研究及应用现状。(2)以MSC.Patran/Nastran大型有限元软件为辅助工具,结合复合材料结构设计及军用桥节结构设计相关要求和准则,设计了能够用于保障军用50t级履带式车辆荷载和20t级轮式车辆荷载的车辙式单箱多室复合材料箱形桥节。分别就组成桥节的各复合材料层合板的铺层方式、铺层厚度、以及桥节的高度及截面形式等方面进行了详细设计。(3)通过数值分析的方法,建立了层合板铺层方式、铺层厚度、桥节高度和截面形式等对应方案的有限元分析模型,分析了层合板的铺层厚度及箱体截面形式的变化对桥节强度和刚度的影响;通过数值分析结果对各方案做了对比和优选,确定了较合理而经济的结构方案。(4)就已确定的桥节结构,分别对其在两种不同形式荷载作用下,桥节各翼板及腹板在相应荷载作用下产生的弯曲、扭转变形及应力进行了分析,得到了桥节的最大挠度和扭转角;同时,对桥跨在两种形式荷载作用下结构的刚度和强度进行了校核。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与选题依据
• 1.2 军用桥梁的发展现状
• 1.3 复合材料及其结构的应用与研究现状
• 1.3.1 复合材料在桥梁工程中的应用
• 1.3.2 复合材料箱梁的研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 复合材料箱形梁分析理论基础
• 2.1 复合材料力学基本理论
• 2.1.1 复合材料单向板的应力应变关系
• 2.1.2 层合板内力与变形关系
• 2.2 复合材料夹芯结构基本力学原理
• 2.3 复合材料箱形梁分析的有限元方法及验证
• 2.3.1 复合材料箱形梁分析的有限元方法
• 2.3.2 夹芯层有限元模型的等效方法
• 2.3.3 有限元模型的验证
• 2.4 本章小结
• 第三章 复合材料箱形桥节结构设计
• 3.1 桥节结构的材料选取
• 3.1.1 单向板材料的选取
• 3.1.2 胶粘剂的选取
• 3.1.3 夹芯材料的选取
• 3.2 箱形梁桥节的初步设计
• 3.2.1 车行部宽度的确定
• 3.2.2 层压板铺层方案设计及优选
• 3.2.3 箱形梁高度确定
• 3.2.4 箱形梁截面形式确定
• 3.3 复合材料箱梁夹芯层确定
• 3.3.1 夹芯桥节结构分析
• 3.3.2 复合材料桥节的密度
• 3.4 本章小结
• 第四章 复合材料箱形桥节的弯曲与扭转分析
• 4.1 履带式荷载作用下桥节的弯曲分析
• 4.2 轮式荷载作用下桥节弯曲分析
• 4.2.1 加载位置确定
• 4.2.2 轮式荷载作用下结构有限元模型
• 4.2.3 桥节弯曲分析
• 4.3 复合材料箱形桥节的扭转分析
• 4.3.1 履带式荷载作用下桥节的扭转
• 4.3.2 轮式荷载作用下桥节的扭转
• 4.4 本章小结
• 第五章 桥节和桥跨的强度校核
• 5.1 桥节强度验算
• 5.1.1 履带式荷载作用下桥节抗剪强度验算
• 5.1.2 轮式荷载下桥节强度验算
• 5.2 桥跨强度校核
• 5.2.1 履带式荷载作用下桥跨强度校核
• 5.2.2 轮式荷载作用下桥跨强度校核
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与建议
• 6.1 总结
• 6.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文