12mGFRP夹层结构船艇抗爆性能研究

• 作 者: 张国伟
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 复合材料 夹层结构 爆炸荷载 吸能性

材料科学的发展推动了船舶工业制造材料向新型材料转变。玻璃纤维增强复合材料(GFRP)因其轻质高强、无磁性、耐腐蚀和可设计性好等优点被广泛地应用于船舶工业。目前,高强度或高刚度复合材料做面板和轻质材料做芯材组合而成的复合材料夹层结构,其应用于抗爆性船艇已经变成了一种趋势。我国对复合材料夹层结构船艇研究成果较少,这阻碍了我国船舶工业的发展。因此,对复合材料夹层结构进行抗爆性数值仿真研究是非常必要的。本文主要针对GFRP泡沫夹层结构船艇进行抗爆性分析,船艇的抗爆性是通过船艇强度、刚度和吸能性来体现的。首先通过摆锤冲击实验对GFRP方格布用于建造抗爆性船艇的可行性进行验证,并按照船舶设计规范对GFRP夹层结构船艇船体结构进行设计。其次,将设计好的GFRP夹层结构船艇在波浪荷载下进行分析,这既是对所设计船艇在正常工作环境下进行校核又为抗爆性分析提供比较对象。最后,对GFRP夹层结构船艇舱段进行抗爆性分析。将GFRP夹层结构船艇舱段按照质量相等和型线相同的原则转化为GFRP单板结构船艇和GFRP硬壳结构船艇,同时对三种船艇舱段进行水下爆炸仿真并讨论了船艇内设备存在对强度和吸能性的影响。结果表明,三种船艇的强度关系与具体工况有关,GFRP夹层结构船艇的刚度最小。在爆炸荷载作用下,无论舱内设备存在与否,GFRP夹层结构船艇舱段的吸能性是最高的,与波浪荷载下GFRP夹层结构船艇变形能最大相一致。本文通过对GFRP泡沫夹层结构船艇进行仿真分析,从数值模拟方面证明了GFRP夹层结构在吸能方面具有很大优势,从而验证了GFRP夹层结构在抗爆性船艇领域应用的科学性,本文为复合材料夹层结构船艇抗爆性能分析提供参考。