船舶复合材料上层建筑结构设计研究

摘要

近年来，国际社会对于节能减排的要求日益强烈，作为节能减排技术措施之一的船舶轻量化技术，一方面有利于降低造船成本，同时有助于减少能源和资源消耗以及减少温室气体排放等，受到业界的关注。其中，采用新型轻质复合材料进行船体结构设计建造是轻量化技术的重要内容。但目前，我国的科研工作者对于船舶复合材料在船舶上层建筑上应用的研究工作多是基于简化模型，基于船舶上层建筑实际模型的研究很少;同时，船舶复合材料上层建筑的结构设计研究缺乏相关规范依据，亟须解决标准的问题。鉴于上述问题，本论文开展了复合材料板材结构设计方法研究、复合材料上层建筑构件设计研究及其替代设计方案研究等研究工作，具体内容包括:
　　1.阐释本课题开展的目的及意义，整理本课题所涉及的研究内容的国内外研究现状;阐述船舶复合材料上层建筑结构设计研究的基本理论。
　　2.复合材料层合板有限元模拟方法研究
　　基于碳纤维增强复合材料的三点弯曲试验，研究壳单元建模和实体单元建模对复合材料层合板性能模拟的有效性。
　　3.复合材料纤维铺层方法研究
　　探讨纤维铺层方式（纤维铺设角度、纤维铺设顺序、纤维铺层比例及纤维铺层厚度）对复合材料力学性能的影响。
　　4.复合材料上层建筑构件设计方法研究
　　参照复合材料上层建筑的结构设计规范，探讨复合材料上层建筑甲板板、围壁板及贯通的横舱壁板的复合材料层合板板厚值及其上复合材料T型材的尺寸的设计方法。
　　5.复合材料上层建筑替代设计方案研究
　　结合复合材料上层建筑的刚度要求及强度要求，考虑复合材料上层建筑替代设计方案的减重效果，权衡各方面因素，确定复合材料上层建筑的替代设计方案。
　　6.复合材料上层建筑与钢质主船体的连接方案研究
　　结合复合材料上层建筑的结构和受力特点及其具体的替代设计方案，考虑各种连接结构形式的适用范围及优缺点，并借鉴相关研究成果，确定适于本文复合材料上层建筑与钢质主船体的连接方案。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究目的和意义

1．2国内外研究现状

1．2．1复合材料应用在船舶上层建筑的现状

1．2．2船舶复合材料上层建筑结构设计研究现状

1．2．3复合材料结构强度分析研究现状

1．2．4复合材料连接结构设计研究现状

1．3论文的主要研究内容

第2章复合材料上层建筑结构设计研究的基本理论

2．1概述

2．2船舶领域可用复合材料类型分析

2．2．1玻璃纤维增强复合材料

2．2．2碳纤维增强复合材料

2．2．3芳纶纤维增强复合材料

2．3复合材料层合板基本原理

2．3．1复合材料单层板及层合板

2．3．2复合材料单层板应力-应变关系

2．3．3复合材料单层板任意方向应力-应变关系

2．3．4复合材料层合板应力-应变关系

2．3．5层合板的刚度

2．4强度失效准则

2．5本章小结

第3章复合材料板材结构设计方法研究

3．1概述

3．2复合材料板材结构有限元建模方法研究

3．2．1复合材料板材结构有限元模型的建立

3．2．2复合材料基本参数的设置

3．2．3复合材料板材结构有限元计算与试验验证

3．3纤维铺层方式对复合材料板材结构力学性能的影响

3．3．1纤维铺层角度或顺序对复合材料力学性能的影响

3．3．2纤维铺层比例对复合材料力学性能的影响

3．3．3纤维铺层厚度对复合材料力学性能的影响

3．4本章小结

第4章船舶复合材料上层建筑构件设计研究

4．1概述

4．2船舶上层建筑计算载荷

4．2．1船舶上层建筑外部压力

4．2．2非露天甲板和平台载荷

4．2．3目标船上层建筑计算载荷

4．3船舶钢质上层建筑强度评估

4．3．1船舶钢质上层建筑模型

4．3．2船舶钢质上层建筑屈服强度评估

4．3．3船舶钢质上层建筑屈曲强度评估

4．4船舶复合材料上层建筑构件替代设计

4．4．1．船舶复合材料上层建筑结构板替代设计方案

4．4．2．船舶复合材料上层建筑加强材替代设计方案

4．5本章小结

第5章复合材料上层建筑替代设计方案研究

5．1概述

5．2船舶复合材料上层建筑性能评估

5．2．1复合材料上层建筑刚度及强度评估标准

5．2．2复合材料上层建筑替代设计方案一

5．2．3复合材料上层建筑替代设计方案二

5．3船舶复合材料上层建筑替代设计方案的确定

5．3．1两种替代设计方案刚度的比较

5．3．2两种替代设计方案减重效果比较

5．4复合材料上层建筑与钢质主船体的连接设计方案

5．5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