连续玄武岩纤维复合材料船体结构力学性能分析

摘要

上世纪60年代，前苏联开始研制开发连续玄武岩纤维增强复合材料，距今已有40多年了。经过多年的实践和研究，玄武岩纤维增强复合材料以其出色的耐温性，抗拉强度，与硅酸盐的天然相容性，化学稳定性，热振稳定性，介电性等逐渐受到重视。目前工业结构领域对复合材料的应用还以碳纤维增强材料为主，但随着近年来复合材料领域需求的增大，碳纤维增强复合材料的价格持续走高，价格低廉许多，而综合力学性能优越的玄武岩纤维复合材料逐渐体现出越来越的优势。 复合材料在结构上属于各向异性材料，纤维增强复合材料的破坏，失效等模式也都与传统的钢结构材料不同。本文简单地回顾了复合材料的单层板，层合板的力学分析方法的发展，介绍了目前比较广泛的复合材料力学分析方法。并结合船舶结构的特点，讨论了复合材料在船舶结构上的应用，以及复合材料船舶在各种响应下的分析方法。 本文采用商用有限元软件NASTRAN对连续玄武岩纤维复合材料的典型舱段做了静力分析，并用有限元软件DYTRAN对连续玄武岩纤维复合材料的典型船体板架做了水下爆炸载荷下的破损分析，以及典型舱段在水下爆炸冲击载荷下的动力响应分析，并都和玻璃纤维复合材料进行了对比，得出结论，在相同条件下，连续玄武岩纤维复合材料在力学上完全可以达到，甚至在部分情况下超越玻璃纤维复合材料。采用玄武岩纤维复合材料用于船舶制造可以在达到相同力学性能效果的前提下节约成本。