复合材料上层建筑强度及固有频率数值模拟分析

发布时间：2020-10-10 12:19

　　 复合材料在各国船舶工程中的应用越来越广泛,复合材料相比金属材料具有减重、隔声及隐身等优势,在船舶上应用复合材料是未来的发展趋势。考虑总纵强度的情况下复合材料上层建筑与钢质上层建筑的受力情况完全不同,而固有频率分析也是船舶设计的一个重要考虑方面。本文使用MIDAS软件对现有某型舰船的上层建筑进行了结构强度计算,并将结果与ANSYS软件计算得出的结果进行了对比。建立了上层建筑与主船体结合的三维有限元计算模型,分析了复合材料上层建筑与钢质上层建筑参与总纵度弯曲的程度,发现复合材料上层建筑参与总纵强度的程度较钢质上层建筑要低,主要是因为复合材料外墙参与程度低导致的。但复合材料上层建筑的抗风抗波浪荷载能力比钢质上层建筑强,其墙体远未达到强度极限。并对十种工况下的各部件做了强度校核,上层建筑及主船体各部件均有一定的安全冗余,满足使用要求。计算了钢质上层建筑与复合材料上层建筑的总质量,复合材料上层建筑比钢质上层建筑减重约17%。本文还分析上层建筑在不同模型、不同边界条件下的固有频率,将计算出的频率与主机及螺旋桨频率进行对比,均有大于15%的频率安全储备,避免了共振的产生。最后,本文对比了上层建筑在不同模型、不同边界条件下的频率,并与整船模型的频率计算结果进行对比,得出了较为合适的模型计算范围。本文的研究成果对于复合材料上层建筑的结构设计计算具有一定的参考意义和指导价值。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：U674.7
【部分图文】：

１．１选题背景??１８０７年７月，“轮船之父”罗伯特？富尔顿，设计出了“克莱蒙特号”汽轮船，从此拉开??了蒸汽船的帷幕。随着蒸汽机在船舶航行中的使用，船舶在波浪中的航速及航线也发生??了改变，使得船舶对于结构的强度要求越来越高。在２０世纪中叶，随着世界经济一体??化的贸易格局的形成，船舶的产量和种类得到了大幅增长［１￣３］。船舶设计及制造技术的??不断进步，改变了海上运输的规模。２１世纪是属于海洋的，海洋资源开发和海洋贸易运??输所创造的巨大经济价值给海洋船舶建造技术的发展提供了前所未有的强大驱动力。船??舶种类的每一步更新及发展，都意味着船舶结构会所遭受新的随机、复杂、险恶的环境??［４］。为此改进航行性能，保证船体安全可靠，对船舶的结构设计及船舶的材料使用提出??了新的挑战。??改革开放以来，我国的船舶工业体系得到了飞速发展，船舶的总产量在２０世纪末??已稳居世界第三，目前除了航母及各型驱逐舰等军舰以外，中国在民用及警用船舰领域??也得到了长足发展。??

１．１选题背景??１８０７年７月，“轮船之父”罗伯特？富尔顿，设计出了“克莱蒙特号”汽轮船，从此拉开??了蒸汽船的帷幕。随着蒸汽机在船舶航行中的使用，船舶在波浪中的航速及航线也发生??了改变，使得船舶对于结构的强度要求越来越高。在２０世纪中叶，随着世界经济一体??化的贸易格局的形成，船舶的产量和种类得到了大幅增长［１￣３］。船舶设计及制造技术的??不断进步，改变了海上运输的规模。２１世纪是属于海洋的，海洋资源开发和海洋贸易运??输所创造的巨大经济价值给海洋船舶建造技术的发展提供了前所未有的强大驱动力。船??舶种类的每一步更新及发展，都意味着船舶结构会所遭受新的随机、复杂、险恶的环境??［４］。为此改进航行性能，保证船体安全可靠，对船舶的结构设计及船舶的材料使用提出??了新的挑战。??改革开放以来，我国的船舶工业体系得到了飞速发展，船舶的总产量在２０世纪末??已稳居世界第三，目前除了航母及各型驱逐舰等军舰以外，中国在民用及警用船舰领域??也得到了长足发展。??

上层建筑下缘受主船体的压力，上层建筑为了抵抗其变形会在上层建筑与与上甲板??连接处产生水平剪力及竖向的压力。??如图２－２所示，由于水平剪力的存在，上层建筑会歪斜，因此受到的弯曲应力会变??小，这就叫剪切迟滞效应。越接近上层建筑自由端这种现象越明显，也就是越接近上层??建筑的端部，弯曲应力变化率越高，这种现象叫做上层建筑的端点效应。可以发现水平??剪力和垂向拉压力随之产生的剪应力和正应力，在上层建筑中部基本为零，在端部达到??最大。所以上层建筑端部应力集中非常严重。??????图２．２上层建筑的端点效应??而甲板室的下缘与主船体甲板上的横梁相连接，这样在主船体变形时，上甲板的横??梁也会发生弯曲，亦会引起上层建筑抵抗横梁的变形，这样在弯曲应力的垂向分布上也??会有应力的突变发生。??２．３上层建筑强度理论??为了解决上层建筑应力分布问题学者们提出了各种上层建筑理论。如第一章所提及??的，根据分离船体和上层建筑的不同方法，主要有两个理论：弹性力学理论和组合梁法??理论。因为弹性力学理论的求解方法太过复杂，难以应用，现在已经很少有人使用；组??合梁法理论求解方法较为简便
【参考文献】

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本文编号：2835183