带有大开口的船用玻璃钢夹层板结构力学性能分析

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钢夹层板船体结构优化设计及其强度研究

钢夹层板船体结构优化设计及其强度研究摘要：钢夹层板作为复合材料领域的新兴产品，凭借其简单的工艺、较高的强度、稳定的性能、较低的成本等一系列优势，得以应用于驳船、渡轮、散货船等船体结构中，进一步研究和优化意义重大。

关键词：钢夹层板；船体结构优化；强度钢夹层板复合材料刚性大、强度高、重量轻，而且经济环保、舒适性好，逐渐成为船体结构的重要材料，需对钢夹层板船体结构予以优化设计，深入研究。

1.钢夹层板船体结构优化设计原理强度是复合材料推广应用过程中必须解决的关键问题，钢夹层板材料也不例外，若钢夹层板船体结构强度设计不当，则易对船体的安全性和使用效益构成威胁。

因此通过综合分析、合理对比夹层板理论、单层板等效、有限元结构等钢夹层板船体结构分析方法，以及屈曲强度和极限强度分析方法后，得出了优化钢夹层板船体结构的设计原理，具体阐述如下。

对于船体而言，高航速和大荷载是其重要的技术指标，所以如何在满足刚度和强度的基础上实现厚度优化尤为关键，简而言之，就是设计的夹层板和芯层厚度，既要符合屈曲、强度、频率、位移、尺寸等约束要求，也要确保结构重量最轻[1]。

这就需要我们合理计算强度因子在满足R<1的条件下单位夹层板的重量参数的最小值，即的极小值，其中、、、、、分别代表顶板厚度、底板厚度、芯材厚度、表板密度、芯材密度和胶层重量，且设/ =k，当其满足4.2 / -3.4时可得到最小的F值，表示可实现钢夹层板船体结构设计的优化，但在实际设计中应妥善处理剖面模数与结构重量的矛盾。

2.钢夹层板船体结构优化设计及其强度研究2.1.结构优化设计为更为直观的了解钢夹层板船体结构优化设计及其强度性能，在此以一钢制油船为例加以分析。

已知该母型船为无限航区的双壳油船，总长、垂线间长、型宽、型深、设计吃水分别为144.0、134.5、21.5、11.3、7.65（m），吃水方形系数为0.8177，排水量和压载舱容分别为16660和6610（m?），中拱和中垂最大静水弯矩分别为958516和-1010319（kN.m）[2]；然后基于上述提及的结构优化原理和实际需要对该船的原有结构作了改装设计，其中甲板、内外壳、内外底、斜板等为重点优化部位，经初步分析发现，优化后的钢夹层板船体结构的重量有所减轻；为进一步了解结构优化结果以及其强度性能，则构建了有限元模型，但为实现非对称性载荷工况，除了涉及端部横舱壁外，还应在模型中引入船体左右部位的舷结构。

船用多孔材料夹层板冲击动态响应实验研究

船用多孔材料夹层板冲击动态响应实验研究朱凌;郭开岭;李应刚;訾欢【摘要】多孔材料夹层结构具有优越的力学性能,可用于设计船舶防护结构,以提高船体结构的抗爆抗冲击性能.文章利用INSTRON 9350冲击试验机对泡沫铝夹层板和轻木夹层板进行了动态冲击实验,分析了在不同能量冲击作用下以上两种多孔材料夹层板的冲击响应特点,并将两种夹层板的抗冲击性能进行了对比.结果表明,在冲击载荷作用下,泡沫铝夹层板的冲击力峰值大于轻木,而其最终挠度小于轻木;泡沫铝夹层板上下面板与芯层之间没有出现脱层现象,而轻木夹层板出现了脱层现象,并且轻木芯层出现断裂失效;泡沫铝夹层板的塑性吸能率大于轻木,其能量吸收性能比轻木夹层板好,即泡沫铝夹层板的抗冲击性能优于轻木.文中的研究成果可以为船舶结构的抗冲击设计提供技术支撑.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2019(023)006【总页数】13页(P706-718)【关键词】船用多孔夹层结构;冲击响应;能量吸收;实验研究【作者】朱凌;郭开岭;李应刚;訾欢【作者单位】高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学),武汉 430063;武汉理工大学交通学院,船舶与海洋结构工程系,武汉 430063;高新船舶与深海开发装备协同创新中心,武汉 430063;高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学),武汉 430063;武汉理工大学交通学院,船舶与海洋结构工程系,武汉 430063;高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学),武汉 430063;武汉理工大学交通学院,船舶与海洋结构工程系,武汉 430063;高性能船舶技术教育部重点实验室(武汉理工大学),武汉 430063;武汉理工大学交通学院,船舶与海洋结构工程系,武汉 430063【正文语种】中文【中图分类】U661.720 IntroductionWhen ships navigate in the rough sea,they could suffer complex loadings,such as impacts from wave,collision with other ships and bridges,resulting in serious accidents,which can lead to loss of people's life and properties.Thus,to improve the impact resistance of ship structures is very important for the safety and reliability of ships and other marine structures.The conventional method to improve the structural safety of ship is to increase the thickness,but it may result in the growth of the energy consumption of ships,and the decline of the loadingcapacity.Contributing to the lightweight and excellent mechanical properties in energy absorption,the applications of sandwich structures with lightweight material cores in anti-impact for engineering structures design are increasing rapidly[1-4].Nowadays,many researchers have investigated the mechanical properties of sandwich structures with balsa wood core and aluminum foam core respectively[5-14].The compression tests loading in three different directions,i.e.transverse,longitudinal,radial,were conducted to analyze the differences of the mechanical properties of balsa wood under differentimpact loading states[6].What is more,three point bending tests were performed to examine the failure patterns of balsa wood sandwich beam and then the collapse loading was discussed[7].Besides,the dynamic responses of balsa wood sandwich plates and PVC foam sandwich plates suffering from impact loadings were compared and discussed based on the results of impact tests[8].The dynamic behavior of sandwich plates with balsa wood core and cork core subjected to mass impacts with medium velocity was investigated,the contact force,energy absorption,indentation depth and global deformation were compared[9].On the other hand,there are also some studies on the mechanical performances of aluminum foam as well as its sandwich structures.The quasi-static and penetration behavior of aluminum foam sandwich structures was experimentally studied,the effects of impact velocity,face sheet thickness and density of aluminum foam on the anti-penetration capacity were discussed[10].In addition,the repeated impact tests were conducted on sandwich plates with aluminum foam core,and the relationship between the dynamic responses and the impact number was examined[12].Moreover,the effects of low temperature on dynamic behavior of aluminum foam sandwich plates under single and repeated impacts were experimentally studied[13-14].BWSP and AFSP both have excellent impact resistance,but there are some differences in their physical and mechanical properties.As for physical properties,the density of balsa wood is much lighter than that of aluminum foam,thus balsa wood is better in lightweight design.On the other hand,balsa wood is the kind of material absorbing water easily,whilealuminum foam is waterproof,thus when accident happens,the BWSP may absorb amount of water and increase the weight of the ship,which can accelerate the sinking of the ship and make the situation worse.As for mechanical properties,though there were already many studies on BWSP and AFSP respectively,the differences between the impact resistance of them were rarely investigated.The applications of sandwich structures with porous materials core in structural design of ship are affected by the impact resistance of the structures significantly,so it is very important and essential to discuss the differences in impact resistance between AFSP and BWSP,and to reveal the mechanics mechanism causing the differences.In this paper,the impact tests on AFSP and BWSP were performed by INSTRON 9350 Drop Tower,and the time histories of impactforce,displacement,velocity and absorbed energy,as well as the force-displacement curves were obtained and analyzed.Moreover,the deformation and failure modes,the energy absorption capacity of AFSP and BWSP were compared and discussed.Finally,the impact resistance of BWSP and AFSP was compared comprehensively and some suggestions were proposed for the applications of porous material sandwich structures on the structural design of ship and other marine structures.1 Impact tests on sandwich plates1.1 Experiment apparatus and methodThe impact tests were conducted by using INSTRON 9350 Drop Tower as shown in Fig.1.The total impact mass including impact nose,force transducer and additional mass is 31.459 kg and the maximum velocity canbe up to 24 m/s.The impactor with a 25 mm diameter hemispherical nose was connected to a force transducer with a maximum loadcarrying capacity of 90 kN.During the impact tests,all the data were collected from the force transducer by a data acquisition system(DAS 64K).Thus,the time histories of velocity,displacement,absorbed energy were converted from the time history of impact force by Eqs.(1)-(3).Before the impact test,the sample was clamped in the middle of the clamp with bolts to provide fixed boundary,and the inner dimension of the clamp apparatus was 180mm×180 mm.In order to determine the dynamic behavior of BWSP and AFSP subjected to impact loadings and examine the effects of impact energy,a series of impact energy from 100 J to 300 J were selected,as shown in Tab.1.Fig.1 INSTRON 9350 drop towerTab.1 Impact tests conditionNumber Impact energy/J Impact mass/kg Impact velocity/(m/s)T1 T2 T3 T4 T5 100 150 200 250 300 31.459 31.459 31.459 31.459 31.459 2.52 3.09 3.57 3.99 4.371.2 Test samples and material propertiesThe samples of AFSP and BWSP(shown in Fig.2)were composed of front face sheet,back face sheet and foam core.The face sheets were bonded to the foam core with epoxy resin ad-hesive being heated under about 60℃.The overall dimensions of the sandwich plate were 250 mm×250 mm with thickness of 22.5 mm.The thicknesses of the face sheets and foam core were 1.25 mm and 20 mm,respectively.Fig.2 Test specimensThe material properties of aluminum foam and balsa wood were obtained by conducting quasi-static compression tests,using the Universal Testing Machine.The material properties are summarized in Tab.2,and the stress-strain curves of aluminum foam and balsa wood are illustrated in Fig.3. Tab.2 Mechanical properties of porous materialsDensity(g/cm3)Young's model(MPa)Yield stress(MPa)Plateau stress(MPa) Densification strain Aluminum foam Balsa wood 0.40 0.16 812 708 7.2 8.5 7.0 7.5 0.60 0.85 Fig.3 Stress-strain curves of porous materialsThough aluminum foam and balsa wood are both lightweight porous materials,the matrix materials of them are quite different,i.e.the matrix material of aluminum foam is metal,while that of balsa wood is fiber.It can be found from Fig.3,the plateau stress of aluminum foam and balsa wood is approximately equal.However,behind the yield point,the tendencies of the stress versus strain for them are reversed.In the plateau stage,as the strain increased the plateau stress of aluminum foam increased slightly,while the plateau stress of balsa wood decreased.The reason for this phenomenon is the difference in the microstructure.Aluminum foam can be regarded as isotropic material,during compressing process,the wall of core collapses gradually,thus the plateau stress increases.On the contrary,balsa wood is anisotropic material,the fiber of which is very easy to delaminate when suffering from shear force,and then be separated from the sample,resulting in the fiber closed to the boundary cannot resistance the compression force anymore.Besides,in the plateau stage,the oscillationof stress of aluminum foam is larger than that of balsa wood,because the unit size of balsa wood is much smaller than that of aluminumfoam,resulting in the stress variation of balsa wood is smoother than that of aluminum foam.As is known the densification strain is relevant to the unit size of porous material.By comparison,it can be found that the densification strain of balsa wood is larger than that of aluminum foam,indicating the porosity of balsa wood is larger than that of aluminum foam.1.3 Experimental resultsThe deformation profiles of AFSP and BWSP suffering from impacts with different impact energy are presented in Fig.4 and Fig.5.It can be found that the deformation patterns of the AFSP and BWSP were almost the same,i.e.the front face experienced local indention,while the global deformation is very small,and there is almost no deformation adjacent to the boundary.Judging from the changes of the white lines,it can be known the deformation area and the deflection of front face increased gradually with the increase of impact energy.By contrast,the back face underwent transverse bending,and the deflection of back face also increased as the impact energy increased.The white lines on the boundary were still straight,indicating that the boundary condition can be approximately regarded as fixed with no displacement and ration.Fig.4 Deformation of AFSP under impact loadingsFig.5 Deformation of BWSP under impact loadingsThe process of the impact can be divided into two main stages,i.e.loadingstage and unloading stage.In the loading stage,as the time increased,the impact force and the deflections of face sheets increased gradually,while the impact velocity declined moderately until the deflections of the sandwich plate reached the maximum value.In the unloading stage,the elastic deformation started to recover,resulting in the energy absorbed by sandwich plate descended,the impact force dropped gradually,while the impact velocity grew from zero in reverse direction until the impactor separated from the front face sheet.The time histories of dynamic responses of AFSP and BWSP under different impact energy are illustrated in Fig.6 and Fig.7.The tendencies of time histories of impact force,displacement,impact velocity and absorbed energy were very similar for AFSP and BWSP.Under different impact energy,the duration time of impact is almost the same,while the peak impact force increased with the increase of impact energy.As the impact time increased,the deflection of front face increased steadily.When the value of deflection arrived the maximum,the impactor began to rebound,and then the deflection of front face declined gradually to be constant after the separation of the impactor from the front face.At the beginning of the impact,the impact velocity decreased steadily to be zero at the moment the deformation of front face arrived to its largest value;afterwards,owning to the rebound of the impactor the impact velocity increased in reverse direction until the separation of the impactor from the front face.During the impact,the deformation energy is mainly composed of two parts,including elastic energy and plastic energy.Theelastic energy can be released in the end of the impact,while the plastic energy will be transformed into permanent plastic deformation which cannot be released.The energy absorbed by sandwich plates increased with the increase of the impact time.When the deformation is the largest,the energy absorption is the largest,and then the elastic energy began to be released,resulting in the energy absorbed by sandwich plates declined to be constant values once the impactor separated from the front faces.Fig.6 Time histories of dynamic responses of AFSPFig.7 Time histories of dynamic responses of BWSPFig.8 Force-displacement curve of porous materials sandwich structures The force-displacement curves of sandwich plates under different impact energy are presented in Fig.8.As the displacement increased,the impact force increased,and the loading stiffness almost kept the same.When the value of impact force reached maximum,the impactor began to rebound from the front face,and the unloading stage occurred.In the unloading stage,the slopes of force-displacement curves changed to be negative,and no change occurred in the unloading stiffness.Under different impact energy,the values of loading stiffness and unloading stiffness were almost equal to each other respectively,resulting from the paths of loading and unloading under different impact energy were almost the same.Under impact loadings,there was no delamination between the face sheet of AFSP and the core layer,but the phenomenon of delamination occurred in BWSP.The front face sheet and the stiffness of balsa wood does notmatch,when suffering from impact loadings,the front face sheet appeared large local deformation,and then balsa wood was separated from the face sheet as shown in Fig.9.The initial specimen of BWSP is presented in Fig.9(a),the epoxy resin was used as adhesive.Under impact with low energy,there was no delamination between the front face and the core layer as shown in Fig.9(b),contributing to the deformation was very small.However,as the impact energy became larger,the phenomenon of delamination happened in some local area as displayed in Fig.9(c),and when the impact energy was large enough the front face would be separated from the core entirely as illustrated in Fig.9(d).Thus,compared with BWSP,AFSP is priority to BWSP in structural integrity when subjected to identical impact loadings.Fig.9 Delamination of BWSPFig.10 Failure model of BWSPDifferent from aluminum foam,balsa wood is an isotropic material,along the direction of the fiber it can undertake large tension and compression stress.However,in the direction vertical to the fibers,the loading capacity is much weaker,the fibers are very easy to delaminate from each other.Under impact loading,the balsa wood core is more easy to occur fracture,which will also consume energy.The damage modes of BWSP are shown in Fig.10.It can be seen that when the impact energy was 100 J,the impact zone appeared local indentation and fracture.When the impact energy was 150 J,except the impact zone occurred indentation and fraction,the area adjacent to the boundary would also appear fracture.When the impactenergy increased to 300 J,the fracture moved towards the areas far from impact zone,meanwhile the fracture began to occur closed to the boundary.2 Effect of impact energy on impact resistance of sandwich plates2.1 Comparison in time histories of dynamic responsesTo compare the impact resistance of AFSP and BWSP,it is necessary to analyze the relationship between the dynamic responses with the impact energy.Firstly,the dynamic responses of AFSP and BWSP under impact energy of 200 J were compared,as the represent of medium energy impact.As shown in Fig.11(a),the peak impact force of AFSP was larger than that of BWSP,while the impact time duration was shorter than that of BWSP.It can be seen from Fig.11(b),the tendencies of time history of front face deflection were almost the same for AFSP and BWSP,while the maximum deflection and permanent deflection of AFSP were smaller than those of BWSP.The trends of time history of impact velocity of AFSP were similar to that of BWSP,while the rebound velocity of AFSP was smaller than that of BWSP,as illustrated in Fig.11(c).The energy absorption ratio of AFSP was larger than that of BWSP.Fig.11 Comparison of dynamic responses of porous materials sandwich structuresThe force-displacement curves of AFSP and BWSP are illustrated in Fig.12.It can be known,the loading stiffness and unloading stiffness of AFSP were both larger than those of BWSP.When subjected to impactloadings,aluminum foam would not appear brittle fracture,but for BWSPthe balsa wood core fractured which cannot store elastic deformation energy anymore,resulting in only the face sheets can store elastic deformation energy.Thus,the unloading stiffness of AFSP was much larger than that of BWSP.Besides,it also can be found that the plastic deformation energy of AFSP was larger than that of BWSP.On the contrary,the elastic energy of AFSP was smaller than that of BWSP.Fig.12 Comparison of force-displacement curves of porous materials sandwich structures2.2 Relationship between dynamic responses with impact energy Aluminum foam and balsa wood are both porous materials,however there are some differences in the mechanical properties,resulting in some differences in the dynamic behaviors,when suffering from impact loadings. Fig.13 Dynamic responses versus impact energyThe curves of dynamic responses of AFSP and BWSP versus impact energy are presented in Fig.13.The impact force increased with the increase of impact energy,but the increments of them declined.The impact force of AFSP is larger than that of BWSP for various of impact energy.As the impact energy increased,the deflections of front face and back face as well as compression of core layers both increased.Meanwhile,compared with deflection of front face sheet,the deflection of back face sheet was much smaller,indicating that the impact energy ab-sorbed by front face sheet is much larger than that of back face.When the impact energy is 100 J,for AFSP the deflection of front face was almost equal to that of BWSP,and the deflection of back face was smaller than that of BWSP,while thecompression of core layers was larger than that of BWSP.When the impact energy is larger than 100 J,as for AFSP the deflections of front face and back face were both smaller than those of BWSP,however the compression of core layers was larger than that of BWSP.As for AFSP,the deflections of front and back face sheets,the compression of foam core increased with the increase of impact energy,while the increments of them declined gradually.However,as for BWSP the relevance between deflections of front and back faces,compression of balsa wood core with impact energy was not obvious.The fibers are easy to separate from each other in the transverse direction under impact loadings,in terms of local fracture as shown in Fig.10.Once the fiber fractured,it cannot undertake any loadings,resulting in the impact energy was absorbed mainly by front and back face sheets.Thus,the deflections of face sheets of BWSP were larger than those of AFSP,and the compressions of aluminum foam core were smaller than those of balsa wood core.The relationship between the rebound velocity with the impact velocity is illustrated in Fig.14.As the impact velocity increased,the rebound velocity increased,while the increments decreased.However,when the impact energy was 300 J,the rebound velocity declined for BWSP,because when the impact energy was large enough,the balsa wood core fractured adjacent to the impact zone and boundaries,which would absorb larger amount of energy.The initial impact energy was mainly transformed into two parts,including plastic deformation energy and kinetic energy of the impactor in terms of rebound velocity,as illustrated in Eqs.(4)-(5).Theenergy consumed by friction between the front face and core layers is very small,thus it can be neglected.The curves of energy ratio of AFSP and BWSP versus impact energy are illustrated in Fig.15.As the impact energy increased,the plastic energy ratios of AFSP and BWSP both increased gradually,while the increment of BWSP was larger than that ofAFSP.Besides,it can be found that the plastic energy ratio of AFSP was always larger than that of BWSP,indicating that the performance of energy absorption of AFSP is better than that of BWSP.Fig.14 Rebound velocity versus impact velocityFig.15 Energy ratio versus impact energyWhen suffering from identical impact energy,the deflections of AFSP were smaller than those of BWSP,meanwhile the plastic energy ratio of AFSP was larger than that of BWSP.Thus,it can be said that the impact resistance of AFSP is better than that of BWSP,for the design of ship structures considering the impact loadings,it is priority to choose AFSP.3 ConclusionsThe impact tests under variety of impact energy were performed by using INSTRON 9350 Drop Tower,and the dynamic responses of AFSP and BWSP were obtained and discussed,and then the impact resistance of them was compared and analyzed.The following conclusions can be drawn：(1)When suffering from impact loadings,the deformation patterns of face sheets of AFSP and BWSP are almost the same,i.e.the front faceexperiences local indentation,the back face undergoes global bending.However,the deformation patterns of core layers as well as the failure modes of aluminum foam and balsa wood core are quite different.The aluminum foam core was compressed or even crushed,the balsa wood core appeared indention and fracture adjacent to the impact area,meanwhile,the delamination between the fibers occurred.(2)When subjected to identical impact energy,the peak impactforce,loading and unloading stiffness of AFSP are both larger than those of BWSP,indicating that the structural rigidity of AFSP is stronger than that of BWSP.Besides,the deflections of front face and back face of AFSP are smaller than those of BWSP,while the maximum compressions of AFSP are larger than those of BWSP,meaning that aluminum foam can absorb much more energy than balsa wood core.Overall,the impact resistance of AFSP is better than that of BWSP.(3)The plastic deformation energy as well as the ratio of plastic deformation increase with the impact energy,while the plastic energy ratio of AFSP is larger than that of BWSP,which means the performance of impact energy absorption of AFSP is better than that of BWSP.Due to the impact resistance of AFSP is better than that of BWSP,it is priority to choose AFSP as the protective structure of the lightweight ships when considering the possibility of impact loadings.References【相关文献】[1]Mouritz A P,Gellert E,Burchill P,et al.Review of advanced composite structures for naval ships and submarines[J].Composite Structures,2001,53(1)：21-42.[2]Liu K,Bao J,Wang Z,Tang W Y.Numerical simulation analysis on protective performance of sandwich plate system[J].Journal of Ship Mechanics,2015,19(8)：982-993.(in Chinese) [3]Tian Y,Liu J,Wang H,Cheng Y S.Dynamic response of light weight corrugated-core sandwich plates subjected to slamming impact[J].Journal of Ship Mechanics,2016,20(10)：1300-1308.(in Chinese)[4]Crupi V,Epasto G,Guglielmino parison of aluminium sandwiches for lightweight ship structures：Honeycomb vs.foam[J].Marine Structures,2013,30(1)：74-96.[5]Lu G,Yu 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舰用波纹夹层板的抗冲击性能分析

电子质量2019年第01期(总第382期)0引言随着现代军事的复杂化和越来越活跃的恐怖袭击，以及导弹威力和精确打击精度的提升，舰船面临的威胁越来越严峻。

另外随着海上交易的日益繁华，航行的密度越来越大，船舶经常发生搁浅和碰撞事故，对船东造成严重的财产损失。

夹层板结构的各种优越性能得到了充分的体现并受到各个领域的青睐，夹层板作为一种新型的轻质结构，它具有比强度高、比刚度大、成本低廉、高效的吸能效率和隔音隔震的优良性能，在船舶、汽车、建筑、航天航空和军事工程等领域应用广泛[2]。

所以在军事舰艇设计中采用夹层板结构能够有效的增强船体结构刚度，大幅度减少焊接工作及焊接带来的结构变形，增加舰船的可靠性和持续力，对舰船结构的防护性研究具有重大意义[5]。

1波纹夹层板数值计算在船舶、汽车、建筑、航天航空和军事工程等领域应用广泛，前景广阔[1]。

典型的夹芯层结构由上下两层面板基金项目:青岛黄海学院校级科技立项(2016dxkj06)：舰用波纹夹层板的抗爆性能优化设计作者简介:周新院(1988-)，男，山东菏泽人，工程硕士，讲师，研究方向为船舶节能减排技术、船舶结构性能分析。

舰用波纹夹层板的抗冲击性能分析Analysis on Anti-shock Performance of a Corrugated Sandwich Panel周新院,曹爱霞,杜友威,于佳为（青岛黄海学院,山东青岛266427）Zhou Xin-yuan,Cao Ai-xia,Du You-wei,Yu Jia-wei (Qingdao Huanghai University,Shan-dong Qingdao 266427）摘要：夹层板作为新型的轻质结构，它的比强度高、比刚度大、能量吸收效率高和隔音隔震优异，在航空、汽车、建筑、船舶和军事行业应用广泛。

利用ABAQUS 建立了波纹夹层板的有限元计算模型，分析波纹夹层板的抵抗冲击能力，给出其在不同夹芯层厚度、不同夹芯层高度、不同夹芯层与面板角度下的最大位移曲线，通过对比分析找出最好的抗爆抗冲击结构参数。

舰船用玻璃钢夹层结构设计基础

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拉性能纵向强度 + . R< = 模量 + . ; < = : ’ J F H J : T

探讨大开口对船体结构抗冲击性能的影响

探讨大开口对船体结构抗冲击性能的影响摘要:本文通过具体的数据和变化曲线介绍了大开口对船体结构抗冲击性能的影响，分别从舰艇抗冲击数值仿真工况选取分析、仿真模型计算应力点选取分析、相对应力的定义与说明、大开口结构强度数值仿真分析等方面加以具体说明，为船体的相关设计提供了借鉴关键词:舰艇; 抗冲击; 结构大开口; 结构强度; 应力储备系数中图分类号：c37 文献标识码：a 文章编号：舰艇在执行战略战术任务过程中难免会遭到敌方反舰武器攻击，其中鱼雷、水雷、炸弹等武器会引起舰艇的水下非接触爆炸冲击损伤。

目前，舰艇抗水下非接触爆炸冲击( 抗冲击) 研究的主要手段包括: 实船抗冲击试验、模型试验以及数值仿真分析等。

其中，由于数值仿真分析成本低廉、便于操作且精度基本可满足工程分析的要求，越来越受到研究者们的关注。

在各种舰艇仿真分析技术手段中，大型商用有限元动力学分析程序( 如abaqus、ansys /ls －dyna、msc/dytran 等) 越来越受到重视，并已被广泛应用于相关工程领域。

随着新技术的发展，舰艇对极端工况下的结构强度要求越来越高。

极端工况下船体所要承受的外载荷包括极限风浪载荷、水中兵器对船体结构的作用、弹性/刚性体( 其它舰艇、礁石等) 的接触作用等。

舰艇在设计过程中难免需要布置大开口结构，比如由于主机或武备的安装需要，水面舰艇的中部或其他部位的船体主甲板上可能有很大的开口，其中有些开口的宽度甚至达到该处甲板宽度的一半以上，深度可以延伸数层甲板。

这些大开口结构将严重影响舰艇的总纵强度和局部结构稳定性。

尤其是舰艇的主甲板，其作为船体结构的主要承力构件，当遭受水下非接触爆炸冲击后，受到拉伸和压缩的交变载荷作用，甲板大开口处就会产生应力集中现象，特别是在大开口角隅处，应力集中现象尤为显著。

本研究利用大型商用有限元动力学分析程序abaqus，采用声固耦合技术，以船体结构大开口角隅处为考核点，分析不同海况静水弯矩条件下，舰艇大开口结构受到水下非接触爆炸冲击载荷作用时动力学响应。

舰用复合材料夹层板力学特性试验研究

Ａｂｓｒｃｔａｔ：Ａｓａｎｗｏｍ，ｌｓｄｃｍｐｓｔｓｒｖｄｓａｄｌｇｔｕｌｆｕｅｉｐｐｉａｉ．ｍｅｒｆｒｎｃａｅｅｆｒｃｏｅｏｏｉｅｍａｔｐｏｉｅｅｉｈｆｕｔｒｎａｌｃｔｏｎＳｏｅｅｅｅｃｎｂ
ｃｍＩｏ；ｅｓｎｏｐｓｔａｄｗｉｈｐａｅＯｖｌｓｉｓｉＳｄＷｉｌｌｔｎｎａａｐＣｃＧｅｈｎＹｉＣｈ９，Ｏｈ．ｎＷｎｓａ
（．ｈｎｈｐＤｖｌｐｎｎｅｉｎＣｎｅ，ｕａ３０４Ｃｉａ１ＣｉａＳｉｅｅｍｅｔｄＤｓｅｔｒＷｈｎ４０６，ｈｎ；ｏａｇ２ＣｌｇｆｈｐｕｌｉｇＥｇｅｒｇＨａｂｎＥｇｎｅｉｇＵｉｅｓｙＨａｂｎ１００，ｈｎ）．ｏｅｅｏｉｂｉｎｎｉｅｉ，ｒｉｎｔｅｒｎｖｒｉ，ｒｉ５０１ＣｉａｌＳｄｎｎｎｔ
ｉｆｅｃｄｂｈｌｅｌｙｒＳｎｗｉｈｐａｅｓｕｔｒａｌｅｄｅｎｄｍａｅｅｏｅｓｒｓｅｃｅｔｌｔｎｕｎｅｙｔｅｇｕａｅ；ａｄｃｌｔｔｃｕｅｈｓａｒａｙｂｅａｇｄｂｆｒｔｓｒａｈｓｉｉ．ｌｒｅｓｍｉ
Ｉｔｒｌｙｒｄｓｕｍａｉｎｉｈｉｅｓｎｏａｇｎｅ —ａｅｅｑａｔｏｓｔｅｍａｎｒａｏｆｄｍａｅ．Ｋｅｏｄｙｗｒｓ：ｃｍｐｉｅ；ｓｎｄｃａｅ；ｍｅｈｉａｈｒｃｅｉｔｓ；ｅｐｅｍｅｔｏｏｓｔａｗｉｈｐｌｔｃａｎｃｌｃａａｔｒｓｉｃｘｒｉｎ

夹层结构玻璃钢游艇整船结构强度有限元分析

Ｚｅｊｎ１０３ｉｎｓｈｎｉｇ２０，Ｊｇｕａ２ａ
Ａｂｔａｔｈｏｅｎｅｕａｉｎｒｖｄｄｂｈｊｒｓｉｌｓｉｃｔｎｓｃｅｉｓｆｒｃｍｐｔｇｓｒｃ：Ｔｅｃｄｓａｄｒｇｌｔｓｐｏｉｅｙｔｅｍａｏｈｐｃａｓｉａｉｏｉｔｏｏｕｉｏｆｏｅｎ
作用和实用价值同时所采用的冲击力和水动力加载方法可应用于其他类型的高速艇结构强度的有限元分析。
关键字：玻璃钢；层结构；构强度；ＮＹ夹结ＡＳＳ
中图分类号：６．３，７．３Ｕ６１４Ｕ６４９４文献标志码：Ａ文章编号：６３—３８１７１５（２１０００）２—４５一Ｏ４
ｈｄｏｙａｉｓａｌｏｂｓｄｔｅｏｍｎｔｌｍｅｔａａｙｉｏｔｅｉｉｒｂａｓｏｉｈｓｅｄｙｒｄｎｍｃ，ｃｎａｓｅｕｅｏｐｒｒｆｉｅｅｎｎｌｓｓｆｒｏｈｒｓｍｌｏｔｆｈｇｐｅ．ｆｉｅａＫｅｒ：ＦｙｗｏｄｓＲＰ；ｓｎｗｉｈｓｒｃｕｅ；ｓｒｃｕａｔｅｇｈ；ＡＮＳａｄｃｔｕｔｒｔｕｔｒｌｓｒｎｔＹＳ
江苏科技大学船舶与海洋工程学院．苏镇江２２０江１０３
摘要：目前各大船级社普遍缺乏新颖玻璃钢艇体结构强度的计算规范，因此设计者需要直接计算艇体结构强度在研究玻璃钢游艇的基础上．ＡＳＳ软件建立全船有限元模型．用层合壳单元处理复合材料和复合材用ＮＹ采料夹层结构并计算分析整船结构强度。析中所采用的方法对于正确地进行玻璃钢游艇整船直接计算具有指导分

2019-2-45-多开口甲板板架结构极限承载力实验研究

文献标志码： A DOI： 10.19693/j.issn.1673-3185. 01275
要：［目的］为了研究多开口结构形式对甲板板架结构极限承载能力的影响，［方法］以 2 种不同开口形式
Experimental study on the ultimate bearing capacity of deck grillage structure with multiple openings
2 2 2 2 Zhou Hongchang1，， Kong Xiangshao*1，， Yuan Tian1，， Wu Weiguo1，
frame model with two different opening types was studied experimentally under the uniaxial compression load. This paper identified the stress change pattern of deck grillage with multiple openings，by analyzing the buckling failure mode and ultimate bearing capacity of double-opening deck structure and broadside opening structure in the process of gradual collapse.［Results］The experiment results show that the stress the stress of the middle deck of the opening increases sharply，and the multi-opening structure eventually on the initial axial stiffness of the structure，while the side opening structure has a dominant influence on research methods and results can provide reference for the design of such deck structures. Key words： deck with multiple openings； broadside opening； ultimate bearing capacity； buckling failure

大开口对船舶板架稳定性和极限承载力的影响

３和纵桁４（３×３０／１０）（２×１０，骨１为１２）纵０圆球钢，骨２为ｌ圆球钢，过对上述板架纵２通
分别进行ｒ特征值屈曲分析和极限承压能力分析，出了一些有益的结论．时，用适当的简得同运化处理，给出了一套可供工程设计中参考应用的
憧藕日期：０１６１．２０－ —３０
征值，是一项细微而费时的工作．将屈曲模态分为四种形式．板的屈曲；．纵骨或普通横梁的屈ａｂ
作者简介：张宇力（９７）男，１６．，讲师；武汉，华中科技大学交通科学与工程学院（３０４４０７）基金项目：国防科技预研基金资助项目．
１有限元分析计算方法
１１计算模型及算法．选取典型的船舶甲板板架如图ｌ所示，板该
强横梁普通横粱强攒粱
旦
ｂ网格划分．经试算，第一特征值的大小与
网格划分的粗细有关，当总的单元个数达到５０００以上时，计算趋于稳定ｃ边界处理．图ｌ所示坐标系（在坐标原点为板架左下端点）况下，界支撑如下：侧边情边舷为ｚ方向简支；隔板处为：方向简支；力端横受
边界为Ｙｚ方向简支；，船首端为，，Ｙｚ方向简
支；称边为Ｙ方向简支；对绕轴，ｚ轴转角约
图１板架结构平面图
京
架由铺板、骨、横梁、纵普通强横梁组成．板架中部开有一个对称的矩形开口．尺寸（位为ｍｔ）其单ｉｔ如图１所示，中Ｔ型梁截面尺寸为：横粱其强

玻璃钢船体夹层结构设计(一)

中外船舶科技2020年第3期玻璃钢船体夹层结构设计（一)朱珉虎(江苏省船舶设计研究所，江苏镇江212003)摘要：随着玻璃钢船舶主尺度的增加，单板船体刚度不足的问题日趋严重。

而采用夹层结构的玻璃钢船体能够在保证与单板结构的船体相同重量的前提下使其刚度得到提高。

因此，当玻璃钢船舶的船长超过20 m时，其船体结构一般都设计为夹层结构。

夹层结构要比单板结构复杂得多。

文中计算了夹层结构的剖面模数、当量厚度等，并详细介绍了进行船体夹层结构设计时的注意事项。

关键词：玻璃钢；船体；夹层结构；设计中图分类号：U662;U668 文献标志码：A玻璃钢船体结构按外板的结构形式可分为单板结构和夹层结构两大类。

单板结构又称为“实心结构”，是最常见的玻璃钢艇体结构形式。

因其壳板为玻璃钢积层板，所以被称为“单板”，其内部用帽型材加强。

帽型材内部是中空的，可根据强度要求用芯材对其进行加强，外部用“n”形玻璃钢积层板黏接到艇体壳板上，构成“帽型加筋”结构。

单板结构具有易于安装、固定各种机械设备，易于建造，造价相对较低等优点。

将玻璃钢夹层结构应用于舰船始于20世纪60年代后期。

夹层结构（sandwich)又被称为“夹芯结构”，由上、下蒙皮和中间的芯材组成，蒙皮和芯材之间用黏合剂黏接。

夹层结构受弯矩时易产生弯曲，上、下蒙皮承受面内力（拉伸应力或压缩应力），芯材承受剪切力。

尽管芯材的力学性能比较低，但此时整个结构的剪切强度主要由芯材承担，面板仅起部分作用。

因此，在计算其惯性矩时，可以忽略芯材对弯曲强度的影响。

随着玻璃钢船舶尺度的增加，单板结构已不能满足需求，因此当船长超过20 m时，艇体一般采用夹层结构。

文中对夹层结构的剖面模数、当量厚度及夹层结构的船体设计进行了分析与研究。

1夹层结构剖面模数计算1.1夹层板剖面惯性矩图1为夹层结构的计算模型，夹层板由内蒙皮、芯材和外蒙皮构成。

图中夹层板的基线位于外蒙皮的下平面，各型材的型心距基线的距离为 <则单位宽度上（这里是1cm)夹层板的剖面惯性矩见表1。

船舶结构力学方面的研究

船舶结构力学方面的研究船舶结构是船舶工程中最基本的部分，其力学性能直接关系到船舶的安全和航行能力。

近年来，随着船舶工程的快速发展，船舶结构力学的研究也日趋重要。

本文将围绕船舶结构力学方面的研究展开探讨。

1.船舶结构力学的重要性船舶结构力学是指对船体结构所受载荷进行计算、分析和评估的一门学科。

船舶结构力学涉及到船体细节、主要构件以及其连接方式等细节设计部分，面对现代水上运输的发展，更加注重其结构稳定性和航行性能。

而船舶结构力学方面的研究，则是船舶安全、性能和建造成本最基本的保证。

2.船舶结构力学的相关研究(1)船舶结构的强度分析在船舶设计阶段，需要对船舶结构的强度进行分析计算。

强度分析包括“刚度分析”和“应力强度分析”，前者是指船舶结构对外部载荷反应的初始状态，后者是指船体内部的应力分布状态及疲劳分析等。

目前，这两种分析方法得到了广泛应用，并逐步被改进和更新。

(2)船舶结构的疲劳分析作为一种重要的分析方式，船舶结构的疲劳分析也日趋精确和全面。

随着大型船舶的不断出现，为了更好地保障船体的安全性和使用寿命，疲劳分析逐渐引入了监测系统和数据库分析等先进技术，为船舶结构维护和设计提供更好的依据。

(3)船舶结构的优化研究船舶结构的优化研究主要针对船舶设计过程中的“轻型化”和“高效化”。

通过使用计算机仿真技术，可以模拟不同载荷条件下的船舶结构动态响应和结构强度。

这种仿真方法可以更好地优化船舶结构的设计，在提高强度和耐久性的同时，保证了船舶在航行时的稳定性和安全性。

3.船舶结构力学未来的发展趋势随着船舶工艺技术和计算机技术的不断发展，未来的船舶结构力学研究将更加注重新材料的应用、建模以及优化设计方法的革新等方面。

从“强度”“轻型化”到“智能化”“自适应”，船舶结构力学的研究正朝着更高层次的人工智能、大数据、分布式计算等前沿技术方向发展。

总之，船舶结构力学的研究，是船舶工程范畴中不可或缺的一环。

在目前的技术发展形势下，随着航行新需求的持续出现，传统的研究方法正在被不断转换更新，一些新的技术和研究路线将应运而生。

《船海工程》2011年总目次

《船海工程》０ｚ，目次２１Ｗ￣１－－
栏目及篇目船舶工程・
・
… … … ・
作者期数页码
油船菱形耐撞结构研究 ………………………………………………………… 秦洪德，纪肖，申静基于ＡＳＳ的单面湿板的瞬态响应分析 ……………………………………．ＮＹ宋玉超，于洪亮拖缆机液压主系统回路故障模式及影响分析 ………………… 吴俊．徐王荣军，剑辉，任程涛全天候巡航救助高速船电气设计 ……………………………………………… 苏丽带有大开口的玻璃钢游艇舷侧夹层板架结构强度分析 …………・．赵文龙雪松玉龙刘周新型消防船舶动力系统及对外消防系统的配置应用分析 … … …… 喻崇俊郑刚船舶餐厅就餐流程仿真设计研究 … … … … … … … …… … … … … ．．余志红金文马立卿徐改进的Ｗａｅ应变寿命预测方法研究 ……………………………… ｌｒｋ孙吉宏自春杨深Ｖ型滑行艇横向斜升角对阻力性能的影响 … … … … … …… … … 石岩峰文才国强董岳预报螺旋桨水动力性能的一种改进的面元法 ……………………．．郭俊大件运输双体船改造分析 …………………………………………．．刘斌卫国李晓彬吴硅钢片智能焊接系统设计 …………………………………………… 孙硕熊和金１０成品油船螺旋桨液压无键联接的设计计算 ………………・６００ｔ．张宝吉水下航行体空间操纵性预报研究 …………………………………… 王安学晓静刘舰船多学科协同设计优化软件系统设计 ………………… ………… 黄海燕王德禹某综合调查船声学换能器安装工艺 …………………………… 胡来，启虎，社秦颜芳，郭宁彭耀铜管在船舶海水管系中的腐蚀 …………………… ………………．．谭祖胜ｚ型螺旋桨的管理及维护保养 ………………………………………．．沈其柱船艉线型对船舶阻力性能的影响 … … … … … …… … … … … … 王伟，王黄胜周剑维华刘基于ＰＬ的散货船直接强度评估系统开发 …………………… 冯．Ｃ国庆赵任慧龙段芳海鑫崔西江干线集装箱船船型论证 ………………………………………．．刘寅东余秀丽苏绍娟大开孔圆柱壳极限载荷的有限元分析 ……………………………… 超舒～斌胡一一 ¨ 伟元盛一刚义肖一一一一博张～ ¨兵～～一～一铁～～一～南同步入水双圆柱相互作用的计算研究 … … … … … … …… … … … … 王文华王言英集装箱船结构动力学分析 …………………………………………… 黄海燕晓卫刘缓冲型球艏的艏柱设计计算分析 …………………………………… 周增国李松基于二次抛物线插值的船体疲劳强度评估 ………………………… 陈宝松晓俐江基于ＣＮ总线的船舶配电监测系统研究 ………………………… Ａ赵洁茅云生高速船铝合金带筋板的力学性能优化设计 ………………………… 施利娟杨平船舶液货舱舱容计量与修正 ………………………………………… 项勇胡勇水下爆炸载荷作用下舰船总体毁伤模式研究 ………………… 曾玉，令杨苏罗青文辉阿漫许张基于共同规范的散货船屈曲强度评估 ……………………………… 陈炜少雄张索链组合锚泊线静力分析 …………………………………………………………………… 潘甜，刘家新２２２２３３３３理论线优化与坡口自动标识的矛盾分析 …………… ……………………………………… 顾文捷，周玉飞基于ＣＴＡ二次开发的散货船舱段参数化设计 …………………………………………… 廖显庭，ＡＩ刘家新ｍ ∞钙卯卯９＂勰１００ｔ０甲板驳改１８０ｔ０９自航驳船板换新处理 ……………………………………………………… 王沈霞大型集装箱船舷侧外飘砰击特性研究 …………………………………………… 陈震，冯永军，熙肖渔船非线性横摇理论研究分析 ……………………………………………………………… 欧珊，毛筱菲大纵横倾耦合状态下舰船稳性算法研究 ………………………………………… 陈启楠，王丽铮，赵成璧五体……………… 徐敏．张世联１８９００ｍ耙吸挖泥船全船减振降噪措施简析 …………………………………… 李晓燕，０林植鑫，陈森利高速船螺旋桨无键联接液压装配技术分析 … … …… … … … … … … … …… … … … … … … 黄国良，祖胜谭２１具有安装偏差的弹性通舱管件隔振性能仿真分析 ……………………………… 靖红顺，胡毅。刘土光２４海上单体高速客船结构规范设计系统开发 …… ……………………… …………………… 王瑶，页陈怀２６中低速船底部断阶对流场和阻力的影响 …………………………………………………… 魏玮，王家楣基于ＰＣ的肋板拉人装置电气控制系统设计 ……………………………… ……………………… 崔风波Ｌ船体特征曲线光顺算法研究 ………………………………………………………………… 陈林，陈顺怀船舶肋骨冷弯中旁弯的有限元模拟分析研究 ……………………………………………… 安雷，勇胡船体桁材开孔后的极限强度研究 …………………………………………………………… 丁艳伟，平杨高速排水型船舶艉浪数值计算 …………………………………………………… 周利兰，高高，陈克强软体排沉排受力分析与非线性有限元计算 ………………………………………………… 刘颖。平杨基于遗传算法的造船企业场地资源配置研究 …………………………………… 朱靖元，蒋志勇，岳王高速客运船队规划模型构建及应用 ……………………………………… 吴凯，王丽铮，陈顺怀，金雁基于ｉＩＨＳＧＴ的船型耐波性优化研究 ……………… ……………………………………… 杨铭，毛筱菲非标准货物柔性系固方案校核方法研究 …………………………………………………… 杨守威，刘家新运量需求不平衡航线下的客流量预测 …………………………………… 黄黎慧，袁永东，龚昌奇，金雁基于ＤＡ方法的中小造船企业生产流程优化效率评价研究 …………………… 张立，Ｅ许志诚，刘益清

海上施工防腐玻璃钢材料的力学性能优化

海上施工防腐玻璃钢材料的力学性能优化引言海上施工是一项极具挑战性的任务。

在严峻的海洋环境中，结构材料必须能够承受海水的腐蚀、长期暴露于风浪的作用以及其他自然因素的影响。

为了确保海上施工的安全性和可靠性，采用高性能的材料是至关重要的。

本文将重点探讨海上施工中常用的防腐材料之一——玻璃钢材料，并提出了优化其力学性能的方法。

一、玻璃钢材料的特性玻璃钢是由玻璃纤维和树脂复合而成的一种复合材料。

它具有重量轻、抗腐蚀、机械强度高和绝缘性能好等优点，因此在海上施工中广泛应用于建筑、管道、储罐等领域。

然而，玻璃钢材料也存在一些局限性，如易磨损、低热传导性和抗冲击性较差。

因此，为了进一步提高玻璃钢材料在海上施工中的性能，需要从力学性能优化的角度进行研究。

二、改进材料强度材料的强度是评估其力学性能的重要指标。

为了提高玻璃钢材料的强度，可以采取以下几种方法：1. 优化玻璃纤维的长度和分布：通过控制玻璃纤维的长度和分布，可以增加材料的强度。

较长的纤维可以提供更好的抗拉性能，而分布均匀的纤维可以增强材料的整体强度。

2. 选择合适的树脂基质：树脂是玻璃钢材料中起粘合纤维的作用。

选择具有较高强度和耐腐蚀性的树脂基质可以提高材料的整体强度。

3. 接枝增容剂：通过接枝增容剂的添加，可以增加树脂和玻璃纤维之间的粘合强度，从而提高材料的力学性能。

三、提高材料的抗腐蚀性能由于海水中存在大量的盐分和腐蚀性物质，材料的抗腐蚀性能对于海上施工来说至关重要。

为了提高玻璃钢材料的抗腐蚀性能，可以考虑以下措施：1. 选择适当的树脂基质：选择具有较高耐腐蚀性的树脂基质，可以有效地提高材料的抗腐蚀性能。

2. 表面处理：对玻璃钢材料的表面进行处理，如涂覆防腐层或使用抗腐蚀的涂料，可以提高材料的抗腐蚀性能。

3. 添加抗腐蚀填料：向材料中添加抗腐蚀填料，如抗腐蚀颗粒或纳米颗粒，可以提高材料的抗腐蚀性能。

四、增强材料的耐磨性在海上施工中，玻璃钢材料往往需要抵御长时间的海洋风浪和颗粒物的撞击。

船舶总强度分析及开孔板受力特性研究

大连理工大学硕士学位论文船舶总强度分析及开孔板受力特性研究姓名：***申请学位级别：硕士专业：船舶与海洋结构物设计制造指导教师：***20061201大连理工大学硕士研究生学位论文于开孔而产生的应力集中现象并降低结构的承载能力所导致的。

为降低开孔对船体结构造成的不利影响，各国的船舶结构设计规范都对开孔的部位以及开孔的尺度做出了一些强制性规定。

比如避免在高应力区域开孔；在强横梁、桁材、强肋骨和实肋板等构件上开孔的直径不能超过其腹板高度的一半，等等１７】。

对于开孔对构件的强度所产生的影响，开孔后的应力分布情况，是否需要在结构开孔处进行补强以及采用何种补强方式等等，对这些问题进行研究也是十分有意义的。

特别是当结构开孔的参数超出规范规定时，必须通过数值计算和模型试验分析等手段进行相关的研究，以确保结构设计的安全性。

图０．１船舶结构中的各种开孔Ｆｉｇ．０．１Ｏｐｅｎｉｎｇｓｉｎｔｈｅｓｈｉｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ本文试图从船舶与海洋工程中常见的开孔板模型着手，结合板的相关理论，研究开孔板的静力特性，对开孔板补强前后应力分布和强度的变异情况做了具体的分析，从而为开孔板动力特性的分析莫定了一定的理论基础，为船舶与海洋工程中结构物开孔的设计方面作出了有益的探索。

０．２国内外研究状况及发展趋势有限元法在船舶结构领域的应用最早始于２０世纪６０年代。

２０世纪６０年代中期以前，人们完全依靠手工计算的方法，确定结构内部应力。

具体的做法是根据经典的固体力学理论，结合结构内部构件多为梁系、板材和加筋板的特点，发展出适合船舶和海洋结构物的船舶结构力学，建立了一系列专用的方法和公式。

但是由于手工计算能力的限制，人们只能计算从整个结构中取出的某一小部分，并对取出的真实结构按其力学特征进行粗略地简化，其结果带有明显的局限性和不精确性【８】。

２０世纪６０年代中期起，随着计算机和有限元方法的发展，计算技术进入迅速发展的阶段。

有限元法当时已经成为船舶结构强度设计中很受欢迎的一种数值方法。

船舶结构与性能分析

船舶结构与性能分析船舶是如今重要的交通运输工具，具有载货和运输人员的功能。

船舶的设计和构造需要考虑到诸多方面，如结构、性能、经济性、安全性、环境保护等因素。

船舶结构是船舶设计的关键环节，决定着船舶的安全性和可靠性。

通常，船舶结构分为上层结构和下层结构。

上层结构包括船体外壳、甲板、船舱、驾驶台、推进装置等组成部分，而下层结构则是船舶的骨架，包括龙骨、船板、框架、舾装等结构。

船舶结构的稳定性、强度和耐久性是船舶性能的重要组成部分。

船舶的根本性能指标是速度、航程和载重能力。

船舶具有几何阻力、摩擦阻力、波浪阻力和空气阻力等多种阻力，需要在设计中充分考虑，以使得船舶性能优化。

同时，需要考虑到操控性、稳定性和航行平稳性等因素。

在船舶设计中，材料的选择是非常重要的。

船舶常用的材料包括钢、铝、复合材料、木材等。

钢材是常用的船舶结构材料，具有良好的强度和韧性。

铝材则具有较小的密度和较高的强度，并具有抗腐蚀和良好的制造性能。

复合材料则是一类新型材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀等优点，并逐渐被应用于船舶结构中。

船舶的性能与环境密切相关。

为了降低船舶对环境的影响，需要在设计中考虑到环保因素。

通常采用的方法包括降低船舶的废气排放、优化能源利用和采用环保材料等，以减少船舶对环境的负面影响。

随着科技的不断进步，船舶的设计和构造已经实现了大幅度的改进。

船舶设计师可以使用计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)等技术对船舶进行模拟和优化。

同时，还可以采用先进的防污涂层、节能设备、系统集成等技术，以提高船舶的性能和经济性。

总之，船舶结构和性能是船舶设计中非常重要的一部分，如何实现船舶的优化和提高其性能，需要设计师综合考虑各种因素，制定出全面的设计方案。

未来，随着科技的不断发展，我们相信船舶的性能和经济性将继续得到提高。

夹层结构玻璃钢游艇整船结构强度有限元分析

第2期收稿日期：2009－07-13作者简介：刘雪松（1985－），男，硕士研究生。

研究方向：船舶结构力学。

E -mail ：tinsug＠yahoo．com．cn周玉龙（1955－），男，研究员。

研究方向：船体结构强度和船舶性能第5卷第2期2010年4月中国舰船研究Chinese Journal of Ship ResearchVol .5No.2Apr.20101引言目前国外的玻璃钢船长度已经达到70m 以上，甚至某些军船也采用玻璃钢材料，而我国现阶段只能制造长40m 以下的玻璃钢船。

不但在尺度上落后于国外，即使同尺度玻璃钢船，其结构形式也跟国外先进技术存在差距［1，2］。

受限制的不是玻璃钢材料本身的性能，而是缺乏这方面的结构设计和结构计算方法。

2玻璃钢船的结构特性玻璃纤维增强复合材料由于比强度高、不锈蚀、建造工艺性好、使用周期成本低等优点，在船舶工业中得到越来越广泛的应用。

与同尺度、等截面的钢质船相比，玻璃钢船的刚度只是钢质船的115~120。

因此，为了满足强度要求，玻璃钢船在结构形式上和钢质船有所差别。

2．1玻璃钢船的骨材形式玻璃钢材料因其弹性模量低而容易产生扭曲和弯曲变形，因此玻璃钢船的骨材就需要采用特定的截面形式来抵抗弯扭变形。

通常情况下，玻璃钢船的骨架梁材会采用梯形帽形截面，截面表面夹层结构玻璃钢游艇整船结构强度有限元分析刘雪松周玉龙江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003摘要：目前各大船级社普遍缺乏新颖玻璃钢艇体结构强度的计算规范，因此设计者需要直接计算艇体结构强度。

在研究玻璃钢游艇的基础上，用ANSYS 软件建立全船有限元模型，采用层合壳单元处理复合材料和复合材料夹层结构并计算分析整船结构强度。

分析中所采用的方法对于正确地进行玻璃钢游艇整船直接计算具有指导作用和实用价值。

同时所采用的冲击力和水动力加载方法可应用于其他类型的高速艇结构强度的有限元分析。

关键字：玻璃钢；夹层结构；结构强度；ANSYS 中图分类号：U661.43，U674.934文献标志码：A文章编号：1673－3185（2010）02－45－04Finite Element Analysis of the Global Strength of FRP Yachtwith Sandwich StructuresLiu Xue－songZhou Yu－longCollege of Marine and Shipbuilding Engineering ，Jiangsu University of Science and Technology ，Zhenjiang 212003，JiangsuAbstract ：T he codes and regulations provided by the major ship classification societies for comput ing strength of fashionable FRP yacht are very rare．Therefore ，designers turn to the direct method to com-pute the structur al strength．Based on the study of FRP yacht ，a finite element model of full yacht was generated by software ANSYS with layered shell elements to treat composite materials and sandwich structures as well as to compute the structur al strength of the full model．The method s used in the paper ha ve provided some advices on how to perform direct computations of FRP yacht in a right way and therefore are of practical values ．The two loading methods applied in this paper ，impulsive forces and hydrodynamics ，can also be used to perform finite element analysis for other similar boats of high speed．Key words ：FRP ；sandwich structure ；structur al strength ；ANSYS第5卷中国舰船研究铺设玻璃纤维，中间空心部分填充芯材。

大开口对船舶板架稳定性和极限承载力的影响

第5期
张宇力等: 大开口对船舶板架稳定性和极限承载力的影响
57
曲; c. 强横梁的屈曲; d. 纵桁屈曲. 有时, 由于局部屈曲模态太多, 而屈曲模式 d 又对应着较大的特征值, 对于较复杂的结构, 难以计算. 同时, 不一定是屈曲模式 a 对应着较低的特征值. 现将计算结果整理如表 1 所示, 其中屈曲模式 a 为特征值 T = 501 M Pa 时的板屈曲波形; 屈曲模式 b 为特征值 T = 480 MPa 时的纵骨的屈曲波形; 屈曲模式 c 为特征值 T = 620 M Pa 时强横梁屈曲波形; 屈曲模式 d 为特征值 T = 836 M Pa 时, 纵桁的屈曲波形.
大开口对船舶板架稳定性和极限承载力的影响rc0k1thk如果按上述方法算得的应力大于相应格板的理论临界应力则应对附连翼板面积进行折减进行修正后重新计算各类应力直到收chk1即开口边缘附近的筋条上承受的压应力将显著大于未开口部分筋条上所承受的压应力同时边缘筋条上应力沿长度方向也是变化的靠近角隅处应力较大加筋板开口应力集中较非加筋矩形开口板的应力集中要小
2. 2 开口板架稳定性检验按 2. 1 节的方法算得应力扩大系数和应力分
[ 1] Kutt L M , Chen Y K . Evaluation of the longitudinal ul timate strength of various ship hull configurations. T rans SN AM E, 1985, 2: 33~ 53
[ 2] 导弹结构强度计算手册编写组. 导弹结构强度计算手册. 北京: 国防工业出版社, 1978. 540~ 555
[ 3] 寺泽一雄. 船体构造力学. 东京: 海文堂, 1975. [ 4] Alagusundaramoorthy P, Sundaravadivelli R , Gana pa

玻璃钢材料在船舶结构设计方案中应注意的问题

玻璃钢材料在船舶结构设计中应注意的问题摘要：本文主要针对玻璃钢材料在船舶结构设计•中容易出现的问题进行了分析，并根据笔者的实际经验提出了一些合理的建议，希望能够引起设计部门的注意和重视。

关键词：玻璃钢材料船舶结构设计问题近儿年，玻璃钢产业在我国的迅速发展，玻璃钢产品也在我们周围逐渐普及，LI 前世界各国开发的玻璃钢产品的种类已达4万种左右，主要应用在建筑行业、化学化工行业、汽车及铁路交通运输行业、船艇及水上运输行业、电气工业及通讯工程等领域。

珠海作为玻璃钢船艇制造业的基地，每年生产和制造的船艇上口艘，通过对这些船艇设计和制造过程的检验，我们对玻璃钢材料的特性有了一定的认识和了解，同时，通过对船艇结构设计的审查，对于容易出现的问题，提出了本人的一些见解。

一、玻璃钢材料的特性玻璃纤维增强材料GFRP （Glass fiber reinforced plastics）,国内在习惯上称为玻璃钢，主要成分是以合成树脂为基体材料，玻璃纤维及其制品为增强材料组成的复合材料.玻璃纤维的原理就是将融熔态的玻璃以极快的速度拉制成纤维，拉制的纤维具有一定的柔韧性，可用于纺织成纱或各种形式的玻璃布。

玻璃纤维具有的特点是：①抗拉强度很高，强度与纤维的粗细成反比：②耐热性低，250°C以上就开始软化；③化学稳定性高，除氢氟酸和浓碱等少数介质外，对绝大多数化学介质都有较好的稳定性；④脆性较大，伸长率只有3%左右，表面光滑，不易与基体结合，需经表面处理来提高与基体的结合力。

玻璃钢材料因为不是特定物质的概念，而是材料使用方法的概念，所以它不受特定材料性能的限制，可以通过选择不同组合、自山的设讣，其产品具有以下优点：（1）质轻、高强；（2）耐腐蚀、抗海生物附着；（3）绝缘；（4）介电性和微波穿透性好；（5）能吸收高能量，冲击韧性好；（6）导热系数低、隔热性好；（7）船体表面光滑、可着色彩；（8）整体性好，船体无接缝和缝隙；（9）成型简便，适宜批量生产；（10）维修保养方便、经济。

大型玻璃钢渔船帽型骨架剖面参数的力学分析

大型玻璃钢渔船帽型骨架剖面参数的力学分析
蒋丰;沈叔曾
【期刊名称】《力学季刊》
【年(卷),期】2000(21)2
【摘要】本文对大型玻璃钢渔船帽型骨架剖面参数,进行了在不利受力情况下正交各向异性玻璃钢薄板稳定的力学分析,建立了骨架受力分析——受压区的矩形薄板压缩稳定和腹板的矩形薄板剪切稳定两种力学模型,解得这两种力学模型,在两种材料(1:1玻璃钢和4:1玻璃钢)与两种边界条件(四边简支和四边固支)组合的四种条件下,骨架剖面参数的b/t_1和h/t的取值范围,它们依次为18.0～26.2和28.7～44.2。

文中分析结果为帽型骨架剖面参数的优化设计和相关规范的修订提供了理论依据。

【总页数】4页(P267-270)
【关键词】帽型骨架;剖面参数;力学分析;大型玻璃钢渔船
【作者】蒋丰;沈叔曾
【作者单位】同济大学固体力学教育部重点实验室;上海玻璃钢研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U674.403
【相关文献】
1.对大型玻璃钢渔船骨架间距与纤维用量关系的研究 [J], 沈叔曾
2.大型玻璃钢船帽骨架剖面参数的力学分析 [J], 沈叔曾
3.玻璃钢渔船船体骨架结构形式的研究 [J], 邱天霞;焦志刚;宋协法;周玉光;李学闵;刘威
4.玻璃钢壳木质骨架混合结构渔船初步论证 [J], 王家治;吴秀俊;唐忠荣;丁兰;潘启祥
5.大型玻璃钢渔船骨架结构的力学分析与优化设计 [J], 蒋丰;沈叔曾
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玻璃钢力学性能

精心整理玻璃钢的基本性能——力学性能玻璃钢的力学性能突出的一点是比强度高，这是金属材料和其它材料无法相比的。

这里，我们要提一下强度的概念。

强度通常是指单位面积所能承受的最大荷载，超过这个荷载，材料就破坏了。

强度又分为拉伸强度、压缩强度、弯曲强度和剪切强度。

例如说聚酯玻璃钢抗拉强度290MPa，是指每平方厘米截面可承受2900Kg的拉力。

玻璃钢轻质高强的性能，来源于较低的树脂密度（浇铸体密度1.27左右）以及玻璃纤维的高抗伸强度（普通钢材的5倍以上）。

玻璃钢的密度随着树脂含量的不同而有所不同。

从高树脂含量的玻璃毡，比玻璃经性能数性能数性能数102赫兹性能数性能数106赫兹性能数性能：断裂时的伸长率（%）性能数据：1.5-4性能：介电常数1010赫兹性能数据：6.11性能性能数据性能性能数据泊松比（块玻璃）0.22正切损失102赫兹0.0042比热〔KJ/(Kg/.K)〕0.80体积电阻（Ω·cm）体积电阻（Ω·cm）1011-1013导热系数〔W/m·K）〕1.0声速ｍ／ｓ声速ｍ／ｓ5500软化温玻璃钢径发展，产量又。

玻璃钢的各羊毛：-棉纱：亚麻：尼龙：生丝：玻纤：钢：羊毛：棉纱：亚麻：-尼龙：15-40生丝：15-86玻纤：2.5-4钢：-玻璃纤维可按三种方向排列:（一）单向纤维增强的玻璃钢这一类玻璃钢，玻璃纤维定向排列在一个方向，它是用连续纱或单丝片铺层的。

在纤维方向上，有很高的弹性模量和强度，其纤维方向的强度可高达１０００ＭＰａ，但在垂直纤维方向上，其（二）双向纤维增强的玻璃钢这类玻璃钢是用双向织物铺展的，其玻璃纤维体积含量可达５０％。

在两个正交的纤维方向上，有较高的强度。

它适用于矩形的平板或薄壳结构物。

（三）准各向同性玻璃钢这类玻璃钢是用短切纤维毡或模塑料制成的，制品中各向强度基本接近，纤维体积含量一般小于３０％，适用于强度、刚度要求不高或荷载不很清楚而只能要求各向同性的产品。