玻璃钢渔船船体结构直接计算关键技术研究

论文摘要

玻璃钢渔船是一种新型的节能减排型渔船,玻璃钢渔船是渔船发展史上的一次重大变革。相对木质渔船,玻璃钢渔船具有重量轻、航速快、耐腐蚀、耐风浪、抗议碰撞、保鲜性能好、维修简便、使用寿命长、经济性高等优点。目前,美国、日本等世界主要发达国家的渔船几乎全部玻璃钢化,而我国在这一领域处在相对落后的位置。我国绝大多数的渔船还是木质渔船,落后的渔船已经成为限制我国渔业发展的瓶颈。为了实现建设现代化渔业的目标,必须下大力气研究、开发玻璃钢渔船。结构直接计算是结构强度校核的有效方法,而玻璃钢渔船目前还是以规范计算、构件试验等手段为主。本论文依托国家公益性行业科研专项(渔业节能关键技术研究与重大装备开发,201003024),针对玻璃钢材料、玻璃钢渔船及其结构有限元直接计算关键技术等做了一些研究。综合全文,本文所做的工作主要有以下几方面：(1)总结了玻璃钢材料的特性、各向异性材料的力学性能以及有限元模拟复合材料的方法。有限元模拟时,玻璃钢层合板的每个单层看作是2D正交各向异性材料,用MSC.Patran中的复合材料层合板设计(Laminate)来模拟。(2)总结了玻璃钢渔船设计及建造的要点。分析了玻璃钢渔船线型及结构特点,以及它们对直接计算的影响。论述了玻璃钢渔船的节能减排效果,亦即讨论了玻璃钢渔船取代木质、钢质渔船的可行性和必然性。研究表明发展玻璃钢渔船是建设现代化渔业的必然之路。(3)结合玻璃钢渔船的结构特点,研究了玻璃钢渔船帽形骨材的结构强度直接计算关键技术以及骨材剖面形状对根部连接处应力集中的影响。由于帽形骨材的尺寸较大以及芯材的存在,使得玻璃钢渔船帽形骨材直接计算时不能简单地采用一维梁单元来模拟,而应该用二维壳单元来模拟。研究表明：玻璃钢渔船帽形骨材的泡沫芯材基本不起结构作用,结构直接计算时可以忽略,而松木芯材必须给予建模；帽形骨材根部应力随着剖面顶角a值的增大呈现出先降低后增加的趋势,应力值的最小点对应着该帽形骨材的理想剖面形状。(4)研究了玻璃钢渔船泡沫芯材舱壁结构直接计算的关键技术。玻璃钢渔船的外壳、舱壁、甲板室围壁等常采用泡沫芯材夹层板结构,因此泡沫芯材夹层板的合理建模至关重要。本文建立了某横舱壁的详细模型和简化模型,对比分析它们在相同载荷及边界条件下的计算结果,研究表明夹层板结构的泡沫芯材要采用实体单元来模拟。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 玻璃钢材料特性
• 1.1.2 玻璃钢渔船的发展
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 理论意义与研究价值
• 1.4 主要研究内容
• 2 各向异性体弹性力学基本方程
• 2.1 各向异性弹性体的应力与应变关系
• 2.2 弹性应变能
• 3 玻璃钢渔船船型分析
• 3.1 玻璃钢渔船概述
• 3.1.1 玻璃钢渔船名词解释
• 3.1.2 玻璃钢渔船的优越性
• 3.2 玻璃钢渔船的节能减排效果
• 3.3 玻璃钢渔船的特点
• 3.3.1 玻璃钢渔船线型特点
• 3.3.2 玻璃钢渔船结构特点
• 4 材料有限元模拟
• 4.1 各向同性材料的有限元模拟
• 4.2 2D正交各向异性材料的有限元模拟
• 4.3 复合材料的有限元模拟
• 5 玻璃钢渔船船体结构直接计算关键技术
• 5.1 玻璃钢渔船帽形骨材结构直接计算
• 5.2 玻璃钢渔船泡沫芯材舱壁夹层板结构直接计算
• 7 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录A 泡沫芯材横舱壁两种模型直接计算结果比较
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢