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基于风载荷的复合材料指挥舱室结构设计与优化
| 论文题名： | 基于风载荷的复合材料指挥舱室结构设计与优化 |
| 关键词： | 复合材料;指挥舱室;轻量化;风载荷;尺寸优化;结构设计 |
| 摘要： | 复合材料以其比强度、比模量、比质量高等优点在舰船上的使用逐渐增多。复合材料在舰船上的使用不但可以大大降低舰艇的制造成本和维护成本，在减重的同时还可以有限的提高舰艇的航行效率。但大部分舰船上复合材料的使用仍停留在小型构件，对于复合材料在大尺寸或者大跨度的船舶非主要承力结构上的运用，目前为止国内外的研究内容尚少。基于以上问题，本文展开了对于船用复合材料层合板分析、复合材料指挥舱室主要承力结构设计以及复合材料结构的尺寸优化。具体内容包括： 1）阐述了本文所研究内容的目的及意义，整理本课题的研究背景、所涉及研究的目的和意义；阐述了复合材料结构的理论研究方法以及结构优化理论。 2）建立复合材料层合板的低速冲击仿真分析，与相关实验数据在冲击能量和挠度相对比，保证了所建层合板模型的正确性。初步建立复合材料船舶指挥舱室主承力结构简易模型，计算结构三个方向惯性载荷下的变形和等效应力，得出惯性载荷对结构影响较小；计算舱室在50m/s风速下0°、30°及45°三种迎风角工况下的风载荷，验证了舱室内部非承力结构布置对结构变形产生较小的影响。 3）选取4种不同厚度的面板，在三种不同工况下分别输出沿着舱室长度（x方向）、宽度（y方向）、高度（z方向）的变形量曲线，并根据复合材料船舶建造规范给出的强度和刚度标准，确定8mm厚度的面板符合3种工况下的要求；在此面板厚度的基础上，分别探究层合板的铺层顺序、加强筋的形状、以及二者组合情况下对复合材料舱室结构的影响。通过结果对比可以发现，从单独分析和二者组合两个角度来看，铺层顺序（0/90）5和T型加强筋都较为合适。 4）基于以上对复合材料指挥舱室结构类型的确定，对加强筋结构进行基于响应面的尺寸优化。设计变量为加强筋的四个主要尺寸，约束为不超过三个方向的变形及不超过材料屈服极限，达到结构质量最小的目标。优化后质量减少了406kg，减少了约3.8%。对比复合材料指挥舱室与钢结构，优化前后质量分别减少了314%和379.3%，达到了结构轻量化的目标。 |
| 作者： | 薛涛华 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 李范春 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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