论文摘要
船舶气囊下水是一项由我国近些年独创的新型下水技术,气囊下水已成为支撑我国船舶工业发展的关键技术之一。它是由帘线为增强材料、橡胶为基体经过有效复合而形成的一种典型的具有较高承压能力的壳体结构。目前由于气囊理论方面的研究还不够成熟,随着采用气囊下水船舶尺度的增大,风险也随之增大了,这就有必要对气囊的各种力学性能进行研究。主要工作包括:（1）针对气囊真实的受压情况,利用理想气体状态方程,结合有限元计算结果,在变形假设的基础上推导出气囊内压与高度的关系及垂向刚度公式,并对影响气囊应力的因素进行了分析。（2）针对气囊结构特点,采用薄膜层合理论、网格理论推导出气囊的膜内力、应力、帘线力的理论公式,再结合纤维破坏准则,推导出气囊爆破压强的理论计算公式。应用该公式进行了气囊爆破实验的模拟计算,对比表明理论公式具有较高的精度。（3）采用非线性有限元程序MSCMARC,进行基于有限元的下水用气囊失效研究,采用真实的实验结果对充水爆破气囊模型的应力进行分析,结果表明纤维增强橡胶复合材料的第三失效准则是较适用于气囊的。（4）在（2）和（3）研究的基础上,用网格薄膜方法、薄膜失效方法和有限元三种方法,就真实船舶下水用大气囊受均压时的爆破压强进行对比分析。结果表明,三种方法中网格薄膜法算出的气囊爆破压强最小,有限元法计算出的气囊的爆破压强最大,而薄膜失效法位居网格薄膜法和有限元法之间,但三者的爆破压强相差不大。除此之外,还研究了船舶下水用气囊的安全系数k,通过分析得到由国际标准ISO-14409确定的安全系数是偏小的,实际上安全系数可取到7。通过本文的研究,一方面为确定船舶下水用气囊的垂向刚度、爆破压强提供可靠的方法,进一步提高了船舶气囊下水计算的准确性;另一方面获得气囊的应力分布,为改善和优化气囊的构造,提高气囊的承载力指明方向。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 船舶下水用气囊简介及发展历程1.1.1 船舶下水用气囊简介1.1.2 船舶下水用气囊的发展历程1.2 船舶下水用气囊的发展现状以及研究意义1.2.1 船舶下水用气囊产品的概况1.2.2 船舶下水用气囊的研究现状1.2.3 本文的研究目标及面临的困难1.3 本文主要的研究内容1.4 本文的研究方法及技术路线1.4.1 本文的研究方法1.4.2 本文研究的技术路线第二章 船舶下水用气囊的非线性有限元处理方法2.1 非线性有限元概论2.1.1 有限元的基本思想及基本步骤2.1.2 常见非线性有限元问题及基本流程2.2 MSC MARC有限元软件简介2.2.1 MSC MARC介绍2.2.2 MARC软件运行的基本流程2.3 气囊非线性问题及有限元处理方法2.3.1 气囊的材料非线性2.3.2 气囊的几何非线性2.3.3 气囊的接触非线性2.4 本章小节第三章 船舶下水用气囊局部受压分析3.1 气囊局部受压理论模型的建立3.2 气囊垂向刚度、承载能力的确定3.3 气囊局部受压特性有限元分析3.3.1 坐标系3.3.2 载荷及边界条件3.3.3 计算结果及应力水平3.4 有限元结果与理论公式对比3.5 气囊局压时的应力影响因素分析3.5.1 帘线铺设角度对气囊力学性能的影响3.5.2 初始内压对气囊力学性能的影响3.6 本章小结第四章 船舶下水用气囊简化爆破压强理论分析4.1 薄膜理论分析4.2 网格理论分析4.3 简化的爆破压强公式4.4 实验结果与理论公式计算结果的对比4.5 船舶下水用气囊受均压时爆破压强理论公式4.5.1 气囊压力随高度变化的关系4.5.2 下水用气囊受均压时的爆破压强4.6 本章小结第五章 船舶下水用气囊失效准则研究5.1 复合材料强度准则简介5.1.1 最大应力准则5.1.2 最大应变准则5.1.3 蔡—希尔（Tsail-Hill）强度准则5.1.4 蔡—吴（Tsail-Wu）强度准则5.2 常用的帘线/橡胶复合材料失效准则5.3 船舶下水用气囊失效准则研究5.3.1 下水用气囊失效准则的理论研究5.3.2 下水用气囊失效准则的有限元研究5.4 本章小结第六章 船舶下水用气囊爆破压强研究6.1 薄膜理论结合网格理论法6.2 薄膜理论结合失效准则法6.3 有限元法6.4 三种方法求解下水用气囊爆破压强的对比结果6.5 下水用气囊安全系数研究e''>6.5.1 确定气囊最大额定工作压力Pe'u''>6.5.2 确定气囊受均压时的爆破压力Pu'6.5.3 确定下水用气囊安全系数k6.6 本章小结第七章 结论与展望7.1 结论7.2 展望参考文献致谢攻读学位期间发表的学术论文
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