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复合材料上层建筑总纵弯曲特性与设计要求分析

夏奕 李华东 梅志远

夏奕, 李华东, 梅志远. 复合材料上层建筑总纵弯曲特性与设计要求分析[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(2): 74–80 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02471
引用本文: 夏奕, 李华东, 梅志远. 复合材料上层建筑总纵弯曲特性与设计要求分析[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(2): 74–80 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02471
XIA Y, LI H D, MEI Z Y. Longitudinal bending characteristics and design requirements of composite material superstructures[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(2): 74–80 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02471
Citation: XIA Y, LI H D, MEI Z Y. Longitudinal bending characteristics and design requirements of composite material superstructures[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(2): 74–80 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02471

复合材料上层建筑总纵弯曲特性与设计要求分析

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.02471
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51479205);海军工程大学自主立项资助项目(2020505040)
详细信息
    作者简介:

    夏奕,男,1993年生,硕士,助理工程师。研究方向:船舶与海洋结构物设计制造。E-mail:desmondyyy@163.com

    李华东,男,1984年生,博士,讲师。研究方向:船用复合材料结构设计与应用。E-mail:lhd0727@163.com

    梅志远,男,1973年生,博士,教授,博士生导师。研究方向:船用复合材料结构设计与应用。 E-mail:zhiyuan_mei@163.com

    通信作者:

    梅志远

  • 中图分类号: U663.6; U668.5

Longitudinal bending characteristics and design requirements of composite material superstructures

知识共享许可协议
复合材料上层建筑总纵弯曲特性与设计要求分析夏奕,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要:   目的  针对复合材料上层建筑总纵强度问题,采用有限元分析法开展复合材料上层建筑总纵弯曲特性与设计要求分析。  方法  首先,分析不同长度、不同上层建筑材料等效弹性模量下简化船体模型纵向应变沿高度方向的分布规律,并利用二次函数对纵向应变分布进行非线性拟合;然后,基于拟合的结果提出复合材料上层建筑设计要求,并在结构形式与材料属性两方面对设计要求进行阐述;最后,根据弯矩有效度概念,在国军标的基础上提出不同长度、不同材料下上层建筑完全参与总纵弯曲的判定方法。  结果  分析结果表明,常见的树脂基纤维增强复合材料能够满足上层建筑结构的总纵强度要求;超过0.3倍船长的复合材料上层建筑结构应当计入剖面强度和刚度校核。  结论  所做研究可为未来我国复合材料上层建筑结构的水面舰船设计提供一定的参考价值。
  • 图  简化几何模型

    Figure  1.  Simplified geometric models

    图  模型端面参考点的建立

    Figure  2.  Establishment of reference point at model end-face

    图  不同长度比的中横剖面纵向应变分布曲线

    Figure  3.  Longitudinal strain distribution curves of different length ratio in middle cross-section

    图  不同弹性模量比的中横剖面应变分布曲线

    Figure  4.  Longitudinal strain distribution curves of different elastic modulus ratio in middle cross-section

    图  上层建筑顶部纵向应变值与弹性模量比、长度比的关系

    Figure  5.  Relationship between elastic modulus ratio, length ratio and longitudinal strain value at the top of superstructure

    图  理想的船体剖面及其应变分布示意图

    Figure  6.  Schematic diagram of ideal hull section and its strain distribution

    图  不同$ h和G $${E}^{*}-{\sigma }^{*}$关系曲线

    Figure  7.  ${E}^{*}\;{\rm{versus}}\;\; {\sigma }^{*}$ curves under different h and G

    图  上层建筑弯矩有效度与模量比和长度比的关系

    Figure  8.  Relationship between bending moment effectiveness of superstructure and elastic modulus ratio, length ratio

    图  不同长度比、弹性模量比的上层建筑完全参与总纵弯曲划分

    Figure  9.  Division of superstructure of different length ratio and elastic modulus ratio totally participated in longitudinal bending

    表  模型端面参考点边界条件

    Table  1.  Boundary conditions of the reference point at model end-face

    参考点位置线位移角位移
    ${\delta _x}$${\delta _y}$${\delta _{\textit{z}}}$${\theta _x}$${\theta _y}$${\theta _{\textit{z}}}$
    舱段后端面约束约束
    舱段前端面约束约束约束约束
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    表  待定参数拟合结果

    Table  2.  Fitting results of undetermined parameters

    待定参数拟合结果
    A$2.240\; 8 \times {10^7}$
    B$5.197\;4 \times {10^6}$
    C$0.311\;63$
    D$3.421$
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    表  简化模型弯矩有效度计算结果

    Table  3.  Calculation results of bending moment effectiveness of simplified models

    弹性模量比E*弯矩有效度$\gamma $/%
    L* = 0.1L* = 0.15L* = 0.2L* = 0.3L* = 0.4L* = 0.5
    0.11.72.84.16.99.511.5
    0.34.67.310.617.423.427.9
    0.57.010.815.424.933.039.0
    0.79.313.219.230.640.247.1
    1.011.416.823.436.948.055.7
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-30
  • 修回日期:  2021-09-02
  • 网络出版日期:  2023-03-30
  • 刊出日期:  2023-04-28

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