【摘要】：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的力學(xué)性能與隱身性能,其在上層建筑中的應(yīng)用可在滿(mǎn)足基本力學(xué)性能要求的同時(shí),大幅度的實(shí)現(xiàn)船體輕量化,降低船體重心提高穩(wěn)性,同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的電磁隱身性能。復(fù)合材料在上層建筑中的應(yīng)用,甚至是代表著未來(lái)戰(zhàn)艦先進(jìn)發(fā)展趨勢(shì)的一體化上層建筑的相關(guān)研究,國(guó)內(nèi)尚處于概念性論證與預(yù)先研究的階段,雖已具有復(fù)合材料上層建筑初步設(shè)計(jì)方法以及相關(guān)力學(xué)性能試驗(yàn)驗(yàn)證的雛形,但仍存在以下問(wèn)題亟待解決:首先,大尺度復(fù)合材料上層建筑尚無(wú)可直接參考的設(shè)計(jì)規(guī)范,導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣,勢(shì)必導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部的受力承載特征具有區(qū)別;其次,目前的設(shè)計(jì)多采用數(shù)值方法開(kāi)展,缺乏典型部件的受力承載特性的理論計(jì)算方法;最后,典型部件的受力承載特征與傳統(tǒng)鋼質(zhì)上層建筑部件具有一定的區(qū)別,所開(kāi)展的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證工作中未對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c原型之間的相似規(guī)律、試驗(yàn)邊界條件的處理方式進(jìn)行分析,尚無(wú)成熟的試驗(yàn)驗(yàn)證方法。本文針對(duì)上述三個(gè)方面的問(wèn)題,依據(jù)“積木式設(shè)計(jì)與驗(yàn)證思想”,按結(jié)構(gòu)尺度分別對(duì)復(fù)合材料上層建筑中的夾芯板、連接節(jié)點(diǎn)、典型艙室的力學(xué)性能分析與試驗(yàn)驗(yàn)證方法開(kāi)展研究并得出了一些有意義的結(jié)論。(1)為研究夾芯板格結(jié)構(gòu)在復(fù)合材料上層建筑中的受力特征與邊界條件,并說(shuō)明其與鋼質(zhì)上層建筑板格的區(qū)別,首先對(duì)比了傳統(tǒng)鋼質(zhì)與復(fù)合材料板架的梁-板抗彎剛度比的區(qū)別,得出復(fù)合材料板架的梁-板抗彎剛度比相對(duì)于傳統(tǒng)鋼質(zhì)板架低4~5個(gè)量級(jí)。探討了不同梁-板抗彎剛度比對(duì)于不同位置夾芯板內(nèi)力分布規(guī)律的影響,得出在梁-板抗彎剛度比大于22時(shí),加強(qiáng)筋可作為夾芯板的不動(dòng)支座,且?jiàn)A芯板的邊界條件接近于剛性固定。據(jù)此邊界條件,同時(shí)考慮夾芯板均布設(shè)計(jì)載荷的實(shí)現(xiàn),設(shè)計(jì)了采用氣囊加載方式的夾芯板靜力試驗(yàn)裝置并形成了試驗(yàn)驗(yàn)證方法。(2)連接節(jié)點(diǎn)是復(fù)合材料上層建筑設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文中梳理了復(fù)合材料上層建筑的典型夾芯板連接節(jié)點(diǎn)類(lèi)型與常見(jiàn)的設(shè)計(jì)形式。在上層建筑的設(shè)計(jì)載荷作用下,分析了不同位置夾芯板連接節(jié)點(diǎn)的承載特性以及載荷傳遞規(guī)律。結(jié)合雙向板彈性理論推導(dǎo)了復(fù)合材料夾芯板連接節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力計(jì)算方法,通過(guò)與數(shù)值結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了該理論的有效性。并結(jié)合課題需求提出了舷側(cè)壁板與頂甲板連接的靜力試驗(yàn)驗(yàn)證方法。(3)復(fù)合材料上層建筑的典型艙室結(jié)構(gòu)的地面驗(yàn)證試驗(yàn),可在實(shí)船應(yīng)用之前較為全面的考核整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。文中首先提出上層建筑的典型艙室驗(yàn)證模型的選取原則,在設(shè)計(jì)載荷作用下對(duì)結(jié)構(gòu)的危險(xiǎn)位置進(jìn)行分析,得到了試驗(yàn)驗(yàn)證模型中應(yīng)包含的關(guān)鍵位置,進(jìn)而提出了典型艙室驗(yàn)證模型。通過(guò)數(shù)值方法,對(duì)不同的邊界條件截取方式的試驗(yàn)?zāi)Ｐ晚憫?yīng)與原型之間相似性進(jìn)行討論,確定了外延艙壁的試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦吔缃厝》椒�。依�?jù)復(fù)合材料上層建筑的設(shè)計(jì)載荷形式,提出了大尺度艙室模型分布載荷的拉壓墊加載方案。針對(duì)壓力梯度變化較大的分布載荷形式,推導(dǎo)了基于最小變形能的載荷分配計(jì)算方法。并選取復(fù)合材料上層建筑的折邊位置壁板作為分析對(duì)象,通過(guò)對(duì)比不同加載方式下結(jié)構(gòu)的變形與應(yīng)變,驗(yàn)證了該載荷分配方法的有效性,旨在提出適合工程應(yīng)用的大尺度艙室模型靜力試驗(yàn)驗(yàn)證方法。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U661.7
【圖文】：

圖 1.1 維斯比級(jí)護(hù)衛(wèi)艦 圖 1.2 20380 型護(hù)衛(wèi)艦圖 1.3 朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦(圖 1.1~圖 1.3 均來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))國(guó)內(nèi)復(fù)合材料上層建筑相關(guān)研究起步較晚，目前多集中于玻璃纖維/泡沫夾芯雷達(dá)天線罩的相關(guān)研制工作[10]，以及兼顧承載與透波性能的點(diǎn)陣復(fù)合材料在上層建筑當(dāng)中的應(yīng)用[11, 12]，但尚未有復(fù)合材料大尺度結(jié)構(gòu)應(yīng)用于上層建筑中。

圖 1.1 維斯比級(jí)護(hù)衛(wèi)艦 圖 1.2 20380 型護(hù)衛(wèi)艦圖 1.3 朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦(圖 1.1~圖 1.3 均來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))國(guó)內(nèi)復(fù)合材料上層建筑相關(guān)研究起步較晚，目前多集中于玻璃纖維/泡沫夾芯雷達(dá)天線罩的相關(guān)研制工作[10]，以及兼顧承載與透波性能的點(diǎn)陣復(fù)合材料在上層建筑當(dāng)中的應(yīng)用[11, 12]，但尚未有復(fù)合材料大尺度結(jié)構(gòu)應(yīng)用于上層建筑中。

圖 1.1 維斯比級(jí)護(hù)衛(wèi)艦 圖 1.2 20380 型護(hù)衛(wèi)艦圖 1.3 朱姆沃爾特級(jí)驅(qū)逐艦(圖 1.1~圖 1.3 均來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))國(guó)內(nèi)復(fù)合材料上層建筑相關(guān)研究起步較晚，目前多集中于玻璃纖維/泡沫夾芯雷達(dá)天線罩的相關(guān)研制工作[10]，以及兼顧承載與透波性能的點(diǎn)陣復(fù)合材料在上層建筑當(dāng)中的應(yīng)用[11, 12]，但尚未有復(fù)合材料大尺度結(jié)構(gòu)應(yīng)用于上層建筑中。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2760591