復(fù)合材料在各國船舶工程中的應(yīng)用越來越廣泛,復(fù)合材料相比金屬材料具有減重、隔聲及隱身等優(yōu)勢,在船舶上應(yīng)用復(fù)合材料是未來的發(fā)展趨勢。考慮總縱強度的情況下復(fù)合材料上層建筑與鋼質(zhì)上層建筑的受力情況完全不同,而固有頻率分析也是船舶設(shè)計的一個重要考慮方面。本文使用MIDAS軟件對現(xiàn)有某型艦船的上層建筑進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強度計算,并將結(jié)果與ANSYS軟件計算得出的結(jié)果進(jìn)行了對比。建立了上層建筑與主船體結(jié)合的三維有限元計算模型,分析了復(fù)合材料上層建筑與鋼質(zhì)上層建筑參與總縱度彎曲的程度,發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料上層建筑參與總縱強度的程度較鋼質(zhì)上層建筑要低,主要是因為復(fù)合材料外墻參與程度低導(dǎo)致的。但復(fù)合材料上層建筑的抗風(fēng)抗波浪荷載能力比鋼質(zhì)上層建筑強,其墻體遠(yuǎn)未達(dá)到強度極限。并對十種工況下的各部件做了強度校核,上層建筑及主船體各部件均有一定的安全冗余,滿足使用要求。計算了鋼質(zhì)上層建筑與復(fù)合材料上層建筑的總質(zhì)量,復(fù)合材料上層建筑比鋼質(zhì)上層建筑減重約17%。本文還分析上層建筑在不同模型、不同邊界條件下的固有頻率,將計算出的頻率與主機(jī)及螺旋槳頻率進(jìn)行對比,均有大于15%的頻率安全儲備,避免了共振的產(chǎn)生。最后,本文對比了上層建筑在不同模型、不同邊界條件下的頻率,并與整船模型的頻率計算結(jié)果進(jìn)行對比,得出了較為合適的模型計算范圍。本文的研究成果對于復(fù)合材料上層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算具有一定的參考意義和指導(dǎo)價值。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：U674.7
【部分圖文】：

１．１選題背景??１８０７年７月，“輪船之父”羅伯特？富爾頓，設(shè)計出了“克萊蒙特號”汽輪船，從此拉開??了蒸汽船的帷幕。隨著蒸汽機(jī)在船舶航行中的使用，船舶在波浪中的航速及航線也發(fā)生??了改變，使得船舶對于結(jié)構(gòu)的強度要求越來越高。在２０世紀(jì)中葉，隨著世界經(jīng)濟(jì)一體??化的貿(mào)易格局的形成，船舶的產(chǎn)量和種類得到了大幅增長［１￣３］。船舶設(shè)計及制造技術(shù)的??不斷進(jìn)步，改變了海上運輸?shù)囊?guī)模。２１世紀(jì)是屬于海洋的，海洋資源開發(fā)和海洋貿(mào)易運??輸所創(chuàng)造的巨大經(jīng)濟(jì)價值給海洋船舶建造技術(shù)的發(fā)展提供了前所未有的強大驅(qū)動力。船??舶種類的每一步更新及發(fā)展，都意味著船舶結(jié)構(gòu)會所遭受新的隨機(jī)、復(fù)雜、險惡的環(huán)境??［４］。為此改進(jìn)航行性能，保證船體安全可靠，對船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計及船舶的材料使用提出??了新的挑戰(zhàn)。??改革開放以來，我國的船舶工業(yè)體系得到了飛速發(fā)展，船舶的總產(chǎn)量在２０世紀(jì)末??已穩(wěn)居世界第三，目前除了航母及各型驅(qū)逐艦等軍艦以外，中國在民用及警用船艦領(lǐng)域??也得到了長足發(fā)展。??

１．１選題背景??１８０７年７月，“輪船之父”羅伯特？富爾頓，設(shè)計出了“克萊蒙特號”汽輪船，從此拉開??了蒸汽船的帷幕。隨著蒸汽機(jī)在船舶航行中的使用，船舶在波浪中的航速及航線也發(fā)生??了改變，使得船舶對于結(jié)構(gòu)的強度要求越來越高。在２０世紀(jì)中葉，隨著世界經(jīng)濟(jì)一體??化的貿(mào)易格局的形成，船舶的產(chǎn)量和種類得到了大幅增長［１￣３］。船舶設(shè)計及制造技術(shù)的??不斷進(jìn)步，改變了海上運輸?shù)囊?guī)模。２１世紀(jì)是屬于海洋的，海洋資源開發(fā)和海洋貿(mào)易運??輸所創(chuàng)造的巨大經(jīng)濟(jì)價值給海洋船舶建造技術(shù)的發(fā)展提供了前所未有的強大驅(qū)動力。船??舶種類的每一步更新及發(fā)展，都意味著船舶結(jié)構(gòu)會所遭受新的隨機(jī)、復(fù)雜、險惡的環(huán)境??［４］。為此改進(jìn)航行性能，保證船體安全可靠，對船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計及船舶的材料使用提出??了新的挑戰(zhàn)。??改革開放以來，我國的船舶工業(yè)體系得到了飛速發(fā)展，船舶的總產(chǎn)量在２０世紀(jì)末??已穩(wěn)居世界第三，目前除了航母及各型驅(qū)逐艦等軍艦以外，中國在民用及警用船艦領(lǐng)域??也得到了長足發(fā)展。??

上層建筑下緣受主船體的壓力，上層建筑為了抵抗其變形會在上層建筑與與上甲板??連接處產(chǎn)生水平剪力及豎向的壓力。??如圖２－２所示，由于水平剪力的存在，上層建筑會歪斜，因此受到的彎曲應(yīng)力會變??小，這就叫剪切遲滯效應(yīng)。越接近上層建筑自由端這種現(xiàn)象越明顯，也就是越接近上層??建筑的端部，彎曲應(yīng)力變化率越高，這種現(xiàn)象叫做上層建筑的端點效應(yīng)�？梢园l(fā)現(xiàn)水平??剪力和垂向拉壓力隨之產(chǎn)生的剪應(yīng)力和正應(yīng)力，在上層建筑中部基本為零，在端部達(dá)到??最大。所以上層建筑端部應(yīng)力集中非常嚴(yán)重。??????圖２．２上層建筑的端點效應(yīng)??而甲板室的下緣與主船體甲板上的橫梁相連接，這樣在主船體變形時，上甲板的橫??梁也會發(fā)生彎曲，亦會引起上層建筑抵抗橫梁的變形，這樣在彎曲應(yīng)力的垂向分布上也??會有應(yīng)力的突變發(fā)生。??２．３上層建筑強度理論??為了解決上層建筑應(yīng)力分布問題學(xué)者們提出了各種上層建筑理論。如第一章所提及??的，根據(jù)分離船體和上層建筑的不同方法，主要有兩個理論：彈性力學(xué)理論和組合梁法??理論。因為彈性力學(xué)理論的求解方法太過復(fù)雜，難以應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)很少有人使用；組??合梁法理論求解方法較為簡便
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2835183