夹芯复合材料上层建筑结构强度研究

发布时间：2020-11-11 11:09

　　 复合材料应用于舰艇的上层建筑结构中,不仅能够使结构重量减轻,从而降低船舶重心高度、提高船舶稳性及快速性,还能起到隔声、隐身等重要作用。目前国内对于钢质主体上安装复合材料上层建筑的研究处于起步阶段,关于复合材料上层建筑的变形规律的研究更是鲜见公开研究成果,因此本文对复合材料上层建筑的研究具有十分重要的现实意义。首先进行了钢质主体泡沫夹芯复合材料上层建筑模型在中拱弯曲载荷下的静载试验,包括设计试验模型、试验工装以及测点的布置方案。通过试验,得到了横剖面上各测点的应变分布规律、各层甲板应变沿船宽方向的分布规律、上层建筑与主体交界面处的应变分布规律以及上层建筑的有效性。然后建立了有限元模型,并将试验结果与有限元结果进行了对比,以此验证了使用有限元数值模拟方法来分析泡沫夹芯复合材料上层建筑强度问题的可靠性。此外,针对甲板应变分布规律试验结果与有限元结果的不同作出了分析。研究了夹芯结构FRP层的材料参数对上层建筑侧壁变形规律的影响,发现FRP层弹性模量和剪切模量是导致复合材料侧壁变形不同于钢质侧壁的主要原因。对独立的上层建筑分别在竖向力和水平力作用下的变形进行了深入的分析,发现FRP层的弹性模量对σ_x _p和σ_(xq)的影响是一致的。随着弹性模量的增大,单位高度Δσ_(xp)或Δσ_x _q的绝对值变大。剪切模量对σ_x _p和σ_(xq)的影响不一致。随着剪切模量的增大,单位高度Δσ_(xp)的绝对值增大,而单位高度Δσ_(xq)的绝对值减小。从上层建筑的长度以及材料两个方面,讨论了上层建筑参与总纵弯曲的程度,发现当泡沫夹芯复合材料上层建筑的长度为100%船长时,其承担的弯矩占总弯矩的比例不足10%。同时,通过与相同结构形式的钢质上层建筑对比,发现上层建筑材料对其参与总纵弯曲的程度有很大影响。另外,利用双梁理论对长度分别为船长20%和80%的泡沫夹芯复合材料上层建筑模型(M2-20%及M2-80%)进行了分析,并修正了双梁理论公式,且与有限元结果进行了对比。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：U674.7
【部分图文】：

.2.1 国外上层建筑强度研究概况图 1-1 概述了国外学者对于上层建筑问题的研究情况。根据文献[19]记载ruhn 基于橡胶板模型试验，较为详细地研究了结构不连续对船舶应力分布的，发现上层建筑的长度对主甲板及其以上结构的应力分布具有重要的影响ing 通过在船体梁上方不同高度位置添加单层和多层的材料来研究其对总纵应力的影响，并据此确定大型上层建筑的构件尺寸。结果表明，如果上层两端能够有效地进行力的传递，那么设计出能完全有效地参与船体梁总纵的上层建筑是可能的。Hovgaard 发现在铆接接头和焊接接头处存在剪应力将此用于分析不连续的船体结构[19,44]。1949 年，斯曼斯基利用间断梁理论讨论了上层建筑结构设计与强度计算的问题，但是间断梁理论对单层上层结构比较适用，若将其应用到多层上层建筑的强度计算时，不仅计算困难且常常得不到足够精确的结果[20]。Vasta 则首次提出了采用有效性来表征上筑参与总纵弯曲的程度[19]。

第 2 章基本理论和方法构基本特性构介绍由三部分——上下两块厚度较小、刚度较高的面板的芯材组成。夹芯部分将上下两块面板牢固地结合近。常用的面板材料主要是金属材料（如铝、不锈合板等。用作夹芯的材料具有很多的种类，归纳起沫（如聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等）、以及由金属纹板夹芯或蜂窝型夹芯等。根据芯材结构形式的不以下四类：泡沫夹芯结构、蜂窝夹芯结构、波纹夹如图 2-1 所示。

图 2-2 夹芯结构受力原理示意图[68]构相比，夹芯结构中由于存在中间芯层，使得上下面分发挥面板抗弯的性能，如表 2-1 所示。并且通过表度，虽然结构的总重量有微小增加，但是结构的整体。表 2-1 某夹芯结构与实心结构的强度和刚度对比[70]100 700 37100 350 9100 103 1构理论模型由于具有众多优良性能，在工程实际中的应用越来越也不断深入，先后提出了各种关于夹芯结构的分析与
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本文编号：2879107