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砰击荷载下复合材料高速船结构设计与船体制造技术研究
| 论文题名： | 砰击荷载下复合材料高速船结构设计与船体制造技术研究 |
| 关键词： | 高速船艇;复合材料;船体制造;砰击荷载;结构设计;真空辅助成型 |
| 摘要： | 复合材料高速船艇发展可以满足三个层面的需求:高速航运、私人海上运动的发展需求;海上能源开发、缉私、求助等工作需求;沿海和临海军事巡逻及海上应急突发事件的需求。尽管复合材料高速船艇应用前景广阔,但国内外现行规范只是对结构设计提供要求,无法保证结构设计最优性。国外几家快艇设计公司也不愿公布船艇结构设计核心技术。以上原因促使我国复合材料高速船艇发展必须依靠自有技术,因此本文开展了复合材料高速船艇结构设计与建造研究工作。考虑到30节以上船艇主要承受砰击荷载,论文结构设计主要设计荷载为砰击荷载。 基于内聚力理论模型,采用有限元分析技术对复合材料层合板分层规律进行研究。在计算过程中,研究了层合板结构分层发生位置及先后顺序规律。而且,层合板铺层厚度、铺层角度以及树脂剥离强度对分层影响也进行了研究。 提出了整船复合结构设计概念,并对局部砰击结构进行了研究。首先利用有限元计算,评价了三种船体结构形式,静态力学研究表明:泡沫夹层结构性能最优。按照结构设计,建造1米长实船试件,在重量一致前提下,应用跌落试验对结构抗砰击性能进行研究。结果表明:泡沫夹层结构抗砰击性能最优,与静态力学分析结果一致。同时,芳纶与玻纤编织的混编纤维可以增强结构抗砰击性能。通过结构分层研究表明,骨材与船板人工二次粘结使结构性能不连续,最终导致了横骨材附近大量分层破坏。 研究了船体真空辅助成型工艺过程,对工艺中树脂流动形式、流动速度以及缺陷产生原因进行分析。根据树脂流道,合理设计进/出胶口位置,实现了泡沫夹层板与骨材一次性灌注。根据固化成型工艺力学--固化动力学模型和热-化学模型,利用有限元获得了船体截面在固化周期内温度场与固化度场分布。结合热-弹性力学模型,实现了船体在固化成型全过程的温度场、固化度场、应力场以及变形稳定性分析。 根据水动力学理论,通过船模水池试验数据,最终获得优异船体水动力线型,完成了船体结构设计与制造。带有断级的实船截面跌落试验表明,断级设置不仅改善了船体水动力学性能,而且提高了船体抗砰击荷载能力。实船试航的速度测试验证了复合材料快艇具有70Kn航速,创造了中国最快的船艇记录。 |
| 作者： | 施军 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 赫晓东 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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