【摘 要】
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耐压壳作为深水功能舱的主体结构,为保证内部设备总体性能安全,其承受深海静水压力的能力显得尤为重要。本论文从基于碳纳米管增强复合材料（CNTR）和石墨烯增强复合材料（GPLs）的功能梯度复合材料入手,研究了圆柱壳和球柱组合壳结构的耐压壳的抗屈曲性能,解决深海高压环境下大型壳体结构的抗屈曲难题,对实现深海石油勘探和开采具有重大意义。具体研究内容如下:（1）基于广义混合定律和修正的Halpin-Tsai
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耐压壳作为深水功能舱的主体结构,为保证内部设备总体性能安全,其承受深海静水压力的能力显得尤为重要。本论文从基于碳纳米管增强复合材料（CNTR）和石墨烯增强复合材料（GPLs）的功能梯度复合材料入手,研究了圆柱壳和球柱组合壳结构的耐压壳的抗屈曲性能,解决深海高压环境下大型壳体结构的抗屈曲难题,对实现深海石油勘探和开采具有重大意义。具体研究内容如下:（1）基于广义混合定律和修正的Halpin-Tsai微机械模型计算了CNTR功能梯度复合材料和GPLs功能梯度复合材料的弹性常数。（2）基于一阶剪切变形理论建立了CNTR-GPLs功能梯度复合材料圆柱壳结构的稳定性方程,使用傅里叶方法假设位移函数表达式,利用伽辽金法求解两端固支边界条件下圆柱壳的屈曲解。讨论了CNTR和GPLs不同的梯度分布方式、壳体长径比、厚度、两种材料层厚比、石墨烯质量分数以及碳纳米管的体积分数对圆柱壳体抗屈曲能力的影响。（3）基于一阶剪切变形理论和Trefftz准则建立CNTR-GPLs功能梯度复合材料球柱组合壳结构的稳定性方程,选取新的坐标系,并使用傅里叶方法假设满足球柱组合壳结构的位移函数表达式,利用变分原理的近似解法里茨法求解了底部简支边界条件下球柱组合壳的屈曲解。分析了壳体的长径比、厚度、铺层顺序、总分层数、内外层增强体材料类型以及石墨烯增强体的质量分数对球柱组合壳体抗屈曲能力的影响。本文创新性的尝试将组合功能梯度复合材料应用于深水功能舱的耐压壳结构,并推导了圆柱壳及球柱组合壳结构条件下组合功能梯度复合材料的屈曲稳定性理论公式,该创新公式可应用于多种复合材料及多变的材料层构造,适用范围广、灵活性高,为深水功能舱的耐压壳结构设计提供了新的思路和技术支持。
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