船舶复合材料上层建筑概念设计及力学行为研究

针对船舶轻量化的发展需求,以轻质复合材料夹芯结构作为上层建筑的基础板材,以船用复合材料T形连接和y形连接作为设计节点,通过局部设计节点与基础板架的有机组合完成集成式船舶复合材料上层建筑的概念设计.分析船舶上层建筑的多种受载形式,研究其在波浪环境中联合载荷作用下的力学行为表征和宏观响应特性,预报复合材料上层建筑与主船体之间的相互作用及其对船舶总纵弯曲的贡献效率,为船舶复合材料上层建筑的优化设计、可靠性和安全性分析提供有益参考.     

船舶轻量化T型连接结构设计及强度试验

文章从船舶轻量化的角度出发,提出了一种由复合材料夹芯板和增强泡沫胶接而成的新型T型连接结构,解决了船舶复合材料上层建筑内部壁板之间的连接问题。基于复合材料结构的设计原理和力学特性,设计了T型连接结构的拉伸试验和压缩试验,研究其在不同载况下的极限承载和损伤模式,证明T型连接损伤模式复杂,抗拉能力弱,尤其面板与腹板连接区的胶层是承载薄弱环节;依据试验结果验证数值计算方法,并规划3条技术路径以研究T型连接的抗拉特性,应用数值方法提取对应技术路径的应力和位移特征量,分析T型连接面板与腹板连接区的胶层几何参数对抗拉强度和重量的响应规律,获得连接区胶层几何夹角的建议取值为45°~60°,为复合材料船舶轻量化胶接结构的优化设计和实际应用提供了有益参考。     

一体化复合材料上层建筑结构设计优化

先进复合材料因其具有高的比强度和比刚度而在工程结构中被广泛应用。对于大型船舶的轻型上层建筑结构来说,不仅能降低整船重量还能提高船舶的稳性。论文采用有限元方法,结合参数化建模,用蒙皮厚度、芯材厚度等6个变量作为设计变量开展优化设计,并用一阶方法搜寻最优解。与钢制上层建筑相比,在不考虑连接件的情况下复合材料上层建筑能达到减重30%的目标。用扫描法考察设计变量的变化对结构总体性能的影响,给出各设计变量优化时的优先级,为大尺度复合材料上层建筑初步设计提供参考。     

钢玻复合船体结构中钢与玻璃钢螺栓连接接头形式分析

针对当前复合材料上层建筑与钢质主船体之间螺栓机械连接形式Π形接头和L形接头的强度较弱、易发生损坏的问题,从增强复合材料接头强度角度,提出一种加强L形接头,进行相应的拉伸试验和数值仿真计算,并将其与现有的Π形接头、L形接头进行对比,结果表明,加强L形接头的强度更好。     

船舶典型节点的形状优化设计

船舶结构容易在连接构件处产生应力集中。采用子模型方法对应力集中区域进行精细化分析,并提出节点连接构件形状优化设计数学模型。基于节点子模型,分别以肘板和垂直桁的形状参数为设计变量,以关注区域结构最大Mises应力极小化为目标函数,采用Optistruct软件进行形状优化设计。计算结果表明,优化方案大幅降低了节点结构的最大Mises应力,同时应力分布更加均匀,为船舶节点结构精细化设计提供了参考。     

复合材料上层建筑分段吊装方案力学仿真分析

采用有限元法对复合材料上层建筑分段吊装过程进行力学分析并提出合理的吊装方案以控制吊装过程中的变形和应力。考虑到复合材料上层建筑的特点,建立钢骨架和复合材料壳板组成的有限元模型,分析不同起吊约束对上层建筑变形的影响;选取偏于保守的约束条件,进行加载求解。通过计算,对分段结构进行合理加强,确保上层建筑在吊装过程中不发生过大的变形和应力。结合工艺要求,提出4种吊装方案,计算每种吊装方案下上层建筑分段的强度与刚度特性,优选出较为合理的吊装方案。在此基础上还将上层建筑简化为钢骨架模型,分析钢骨架的变形和应力,进一步验证吊装方的合理性,并校核连接钢骨架和复合材料板格的螺栓强度,结合工程实际给出了最优的吊装方案。     

复合材料加筋板-钢板连接结构静力试验与数值分析

针对复合材料上层建筑与钢制主船体的连接问题,开展了复合材料加筋板与钢制围槛板连接结构力学特性的试验和仿真研究。首先设计并制作了两型复合材料加筋板-钢板连接结构模型;然后通过试验研究,对两型连接结构的弯曲刚度和强度特性进行了测试和对比分析;最后基于有限元仿真对两型连接结构在线性加载阶段的应变及初始失效载荷进行计算,并通过与试验结果对比,证明了仿真方法的正确性。通过研究,得出了典型工况下两型连接结构的静刚度、强度特性、失效模式和薄弱环节,可为复合材料上层建筑与主船体连接结构的设计与工程应用提供指导。     

复合材料上层建筑分段吊装方案力学仿真分析

采用有限元法对复合材料上层建筑分段吊装过程进行力学分析并提出合理的吊装方案以控制吊装过程中的变形和应力.考虑到复合材料上层建筑的特点,建立钢骨架和复合材料壳板组成的有限元模型,分析不同起吊约束对上层建筑变形的影响;选取偏于保守的约束条件,进行加载求解.通过计算,对分段结构进行合理加强,确保上层建筑在吊装过程中不发生过大的变形和应力.结合工艺要求,提出4种吊装方案,计算每种吊装方案下上层建筑分段的强度与刚度特性,优选出较为合理的吊装方案.在此基础上还将上层建筑简化为钢骨架模型,分析钢骨架的变形和应力,进一步验证吊装方的合理性,并校核连接钢骨架和复合材料板格的螺栓强度,结合工程实际给出了最优的吊装方案.     

上层建筑实现模块化的可行性分析

以模块化的思想分析了船舶上层建筑实施模块化设计和建造的可能性及可行性,并提出了上层建筑模块化的概念、系统思想、分类和组合的方法,最后以一艘７万吨级散货船为例,设计了上层建筑的几个模块,由此证明了上层建筑实施模块化是可行的。     

上层建筑整体吊装电缆连接工艺

一种能够适应不同类型船舶尤其是大中型船舶建造的上层建筑联体吊装电缆布置、连接、安装工艺,最近在上海沪东造船厂获得推广应用。由工程技术人员提出的这项措施,是指上层建筑主干电缆切割与连接工艺。它采用接线箱法,省去通常所用的小接线箱和接线盒,并按要求在上层建筑整体吊装前进     

船舶肘板拓扑优化设计

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

船舶肘板拓扑优化设计北大核心CSCD

目前,船舶构件之间主要由传统的三角形肘板连接,这种肘板易在构件与肘板的连接处造成应力集中。提出一种肘板拓扑优化的设计方法,采用子模型技术对船舶肘板节点结构进行应力分布精细化分析,以肘板材料的分布作为设计变量,考虑肘板连接的桁材应力约束,极小化肘板与桁材连接部位的应力,对船舶典型节点肘板结构进行拓扑优化。在对肘板拓扑优化结果进行适当的工程化处理后,提出一种新的肘板结构型式。计算结果表明,相对于传统的三角形肘板,新型肘板结构有效降低了节点应力集中,可为此类结构的强度分析与优化设计提供有益的参考。     

护卫舰上层建筑结构和材料论证

合理选择上层建筑的结构和材料对舰的性能有重要影响。论述复合材料的发展使用概况、上层建筑用复合材料的优点、设想的几种方案比较，以及复合材料的种类、组成与连接。指出复合材料是上层建筑的理想材料，全复合材料上层建筑是最好的方案。同时指出，达到在舰上实用仍有许多难题待解决。     

复合材料上层建筑总纵弯曲特性与设计要求分析北大核心CSCD

[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。     

塑料管在船舶上建区域管路系统中的应用

分析塑料管的材料特性,介绍塑料管在船舶上层建筑管路系统中的应用范围、连接技术和安装工艺,分析探讨塑料管在船舶上建区域的安装和施工方案。     

估算船舶上层建筑固有频率的新方法

确定船舶上层建筑固有频率是船舶上层建筑减振设计的重要内容。为提供船舶初期设计阶段应用,必须建立一个可靠的估算船舶上层建筑固有频率的方法。至今国外不少船级社和研究机构根据实测数据回归分析提出了一些估算方法,但因考虑的因素过于简单,预报精度都不太理想。 为改进估算方法,本文从理论模型研究着手,运用正交试验、回归分析等方法,提出了一个能考虑更多影响因素的估算船舶上层建筑固有频率的新方法,使预报精度有较大提高。     

阴极保护电磁效应在船舶上层建筑设计中的应用

由于受到环境因素的影响,从而使得船舶上层建筑的腐蚀情况比较严重。为了提高船舶上层建筑的抗腐蚀性能,可在设计中对阴极保护系统加以合理运用。基于此点,本文从船舶上层建筑的作用及结构介绍入手,分析船舶上层建筑的腐蚀机理,在此基础上对船舶上层建筑设计中阴极保护电磁效应的运用进行论述。随着阴极保护系统的加入,形成具有一定强度的电磁场,对上层建筑起到有效的保护,大幅度降低了腐蚀速度,使用寿命随之延长。     

轻型复合材料上层建筑与钢质船体连接结构设计分析

[目的]设计可靠、有效的复合材料上层建筑与钢质主船体连接结构是复合材料上层建筑在舰船上应用面临的难点之一。[方法]综合考虑各种连接结构的优、缺点,采用"π"型双螺栓、双剪切连接形式设计复合材料与钢连接结构。提取上层建筑与主船体连接位置在浪花飞溅冲击载荷作用下的垂向反力及弯矩作为设计载荷,利用有限元软件ANSYS校核2种工况下的强度。[结果]计算结果表明,各项需要考核的应力指标均小于材料的极限应力,并且保留了一定的安全裕度,所设计的连接结构较为合理、可靠。[结论]在2种设计工况的强度校核中,泡沫芯材剪切应力的安全裕度最小;对于芯材较厚的夹芯板,泡沫芯材的剪切应力是薄弱环节,故在设计复合材料夹芯板连接结构时,应重点关注芯材的剪切问题。     

船舶上层建筑重量重心对其固有频率的影响

在船舶设计、建造过程中及船舶建造完成后,有时上层建筑的固有频率与主机、螺旋桨的激励频率相接近。想要通过一些简单有效的手段对船舶进行修改,使上层建筑的固有频率避开激励源频率以避免共振。本文利用大型通用有限元分析软件Ansys,以某300,000吨级原油船为研究对象,对上层建筑的重量和重心高度如何影响上层建筑的首阶横向、纵向固有频率进行灵敏度分析,以求找到简单有效的、适于工程实际中改变船舶上层建筑固有频率的方法。     

53000DWT散货船上层建筑整体吊装工艺设计

介绍了53000DWT散货船上层建筑整体吊装工艺设计,在技术上,通过对上层建筑整体吊装过程中结构的静力有限元分析,由分析结果找到受力薄弱环节,对薄弱环节提出加强方案,并对加强后的上层建筑结构再次有限元分析校核强度,将加强后的上层建筑整体吊装,生产实践表明,上层建筑整体吊装工艺设计相当成功,对后续船舶上层建筑整体吊装和其它船舶实施上层建筑整体吊装具有较强的指导和借鉴意义.