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夹芯复合材料上层建筑结构强度研究
| 论文题名： | 夹芯复合材料上层建筑结构强度研究 |
| 关键词： | 舰艇上层建筑;结构强度;弯曲载荷;泡沫夹芯复合材料 |
| 摘要： | 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σxp和σxq的影响是一致的。随着弹性模量的增大，单位高度△σxp或△σxq的绝对值变大。剪切模量对σxp和σxq的影响不一致。随着剪切模量的增大，单位高度△σxp的绝对值增大，而单位高度△σxq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。 |
| 作者： | 吕杰 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 严仁军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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