舰船用玻璃钢夹层结构设计基础

第2期收稿日期：2009－07-13作者简介：刘雪松（1985－），男，硕士研究生。

研究方向：船舶结构力学。

E -mail ：tinsug＠yahoo．com．cn周玉龙（1955－），男，研究员。

研究方向：船体结构强度和船舶性能第5卷第2期2010年4月中国舰船研究Chinese Journal of Ship ResearchVol .5No.2Apr.20101引言目前国外的玻璃钢船长度已经达到70m 以上，甚至某些军船也采用玻璃钢材料，而我国现阶段只能制造长40m 以下的玻璃钢船。

不但在尺度上落后于国外，即使同尺度玻璃钢船，其结构形式也跟国外先进技术存在差距［1，2］。

受限制的不是玻璃钢材料本身的性能，而是缺乏这方面的结构设计和结构计算方法。

2玻璃钢船的结构特性玻璃纤维增强复合材料由于比强度高、不锈蚀、建造工艺性好、使用周期成本低等优点，在船舶工业中得到越来越广泛的应用。

与同尺度、等截面的钢质船相比，玻璃钢船的刚度只是钢质船的115~120。

因此，为了满足强度要求，玻璃钢船在结构形式上和钢质船有所差别。

2．1玻璃钢船的骨材形式玻璃钢材料因其弹性模量低而容易产生扭曲和弯曲变形，因此玻璃钢船的骨材就需要采用特定的截面形式来抵抗弯扭变形。

通常情况下，玻璃钢船的骨架梁材会采用梯形帽形截面，截面表面夹层结构玻璃钢游艇整船结构强度有限元分析刘雪松周玉龙江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003摘要：目前各大船级社普遍缺乏新颖玻璃钢艇体结构强度的计算规范，因此设计者需要直接计算艇体结构强度。

在研究玻璃钢游艇的基础上，用ANSYS 软件建立全船有限元模型，采用层合壳单元处理复合材料和复合材料夹层结构并计算分析整船结构强度。

分析中所采用的方法对于正确地进行玻璃钢游艇整船直接计算具有指导作用和实用价值。

同时所采用的冲击力和水动力加载方法可应用于其他类型的高速艇结构强度的有限元分析。

关键字：玻璃钢；夹层结构；结构强度；ANSYS 中图分类号：U661.43，U674.934文献标志码：A文章编号：1673－3185（2010）02－45－04Finite Element Analysis of the Global Strength of FRP Yachtwith Sandwich StructuresLiu Xue－songZhou Yu－longCollege of Marine and Shipbuilding Engineering ，Jiangsu University of Science and Technology ，Zhenjiang 212003，JiangsuAbstract ：T he codes and regulations provided by the major ship classification societies for comput ing strength of fashionable FRP yacht are very rare．Therefore ，designers turn to the direct method to com-pute the structur al strength．Based on the study of FRP yacht ，a finite element model of full yacht was generated by software ANSYS with layered shell elements to treat composite materials and sandwich structures as well as to compute the structur al strength of the full model．The method s used in the paper ha ve provided some advices on how to perform direct computations of FRP yacht in a right way and therefore are of practical values ．The two loading methods applied in this paper ，impulsive forces and hydrodynamics ，can also be used to perform finite element analysis for other similar boats of high speed．Key words ：FRP ；sandwich structure ；structur al strength ；ANSYS第5卷中国舰船研究铺设玻璃纤维，中间空心部分填充芯材。

钢夹层板船体结构优化设计及其强度研究摘要：钢夹层板作为复合材料领域的新兴产品，凭借其简单的工艺、较高的强度、稳定的性能、较低的成本等一系列优势，得以应用于驳船、渡轮、散货船等船体结构中，进一步研究和优化意义重大。

关键词：钢夹层板；船体结构优化；强度钢夹层板复合材料刚性大、强度高、重量轻，而且经济环保、舒适性好，逐渐成为船体结构的重要材料，需对钢夹层板船体结构予以优化设计，深入研究。

1.钢夹层板船体结构优化设计原理强度是复合材料推广应用过程中必须解决的关键问题，钢夹层板材料也不例外，若钢夹层板船体结构强度设计不当，则易对船体的安全性和使用效益构成威胁。

因此通过综合分析、合理对比夹层板理论、单层板等效、有限元结构等钢夹层板船体结构分析方法，以及屈曲强度和极限强度分析方法后，得出了优化钢夹层板船体结构的设计原理，具体阐述如下。

对于船体而言，高航速和大荷载是其重要的技术指标，所以如何在满足刚度和强度的基础上实现厚度优化尤为关键，简而言之，就是设计的夹层板和芯层厚度，既要符合屈曲、强度、频率、位移、尺寸等约束要求，也要确保结构重量最轻[1]。

这就需要我们合理计算强度因子在满足R<1的条件下单位夹层板的重量参数的最小值，即的极小值，其中、、、、、分别代表顶板厚度、底板厚度、芯材厚度、表板密度、芯材密度和胶层重量，且设/ =k，当其满足4.2 / -3.4时可得到最小的F值，表示可实现钢夹层板船体结构设计的优化，但在实际设计中应妥善处理剖面模数与结构重量的矛盾。

2.钢夹层板船体结构优化设计及其强度研究2.1.结构优化设计为更为直观的了解钢夹层板船体结构优化设计及其强度性能，在此以一钢制油船为例加以分析。

已知该母型船为无限航区的双壳油船，总长、垂线间长、型宽、型深、设计吃水分别为144.0、134.5、21.5、11.3、7.65（m），吃水方形系数为0.8177，排水量和压载舱容分别为16660和6610（m?），中拱和中垂最大静水弯矩分别为958516和-1010319（kN.m）[2]；然后基于上述提及的结构优化原理和实际需要对该船的原有结构作了改装设计，其中甲板、内外壳、内外底、斜板等为重点优化部位，经初步分析发现，优化后的钢夹层板船体结构的重量有所减轻；为进一步了解结构优化结果以及其强度性能，则构建了有限元模型，但为实现非对称性载荷工况，除了涉及端部横舱壁外，还应在模型中引入船体左右部位的舷结构。

45卷　第3期(总第166期)中 国 造 船Vol.45　No.3(Serial No.166)2004年9月SHIPBUILDING OF CHINA Sep.2004文章编号:1000-4882(2004)03-0043-07 收稿日期:2003-05-13;修改稿收稿日期:2003-08-08舰船用玻璃钢夹层结构设计基础周祝林,　张长明(上海玻璃钢研究所,上海200126)摘要介绍了舰船玻璃钢夹层结构原材料(包括玻璃钢、聚氨酯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、胶合板、松木等)的基本性能。

作者在进行了大量结构件试验的基础上,结合国内外已有之研究成果,提出了有关舰船玻璃钢夹层结构强度设计中的若干简明而实用的计算公式。

局部强度设计包括:弯剪强度;骨材的弯曲强度;纵桁的剪切强度。

总体强度设计包括:板的压缩稳定性计算(有面板皱曲失稳计算、芯子剪切弯曲失稳计算、胶合板芯子分层后失稳极限强度计算);舷侧夹层结构板和纵舱壁夹层结构板面内剪切计算;总纵弯曲和舯剖面模数计算。

关　键　词:船舶、舰船工程;玻璃钢;夹层结构;局部强度;总强度中图分类号:U 661.43;U 663.95 文献标识码:A 1　前　言玻璃钢夹层结构在舰船上应用始于20世纪60年代后期。

迄今,瑞典Karlskro navarv et 公司已用这种技术建成了各种类型的PVC 夹层结构舰船,如扫雷艇、海岸警卫艇、警卫艇及拖网渔船等,随后澳大利亚采用瑞典PVC 夹层结构技术,制造了Bay 级反水雷舰艇[1]。

现有的玻璃钢夹层结构船,其船长及船宽已分别高达54m 、8.5m 。

今后,玻璃钢夹层结构船的主尺度将日益增大,航速也将越来越高,这就要求进一步减轻船体结构重量。

作者为编制“海上高速船入级与建造规范”和“小艇入级与建造规范”,进行了一大批玻璃钢夹层结构件试验,并结合国内外已有的研究成果,制定了规范中有关玻璃钢夹层结构设计的基础技术,本文对其有关内容作了阐述。

基于夹层板抗水下爆炸舰船底部结构设计随着工业技术的不断发展，夹层板在建筑领域中被广泛使用。

夹层板又被称为复合材料板，是一种由两层及以上的板材与夹层材料组合而成的材料。

其具有结构轻、强度高、隔热性好等特点，在船舶建造中也得到了广泛的应用。

本文将探讨夹层板在抗水下爆炸舰船底部结构设计中的应用。

首先，夹层板可以提高船舶的抗弯刚度和扭转强度。

在船舶的航行过程中，水流与海浪对船身的力量作用会导致船舶发生扭转和弯曲变形，从而影响船舶的稳定性和安全性。

采用夹层板可以将不同方向的板材进行合理组合，形成一定的受力结构，从而提高船舶的抗弯刚度和扭转强度，使船体更加坚固和稳定。

其次，夹层板可以增强船体的耐腐蚀性能。

在海洋环境下，海水中的盐分和氧气会对船身的金属材料产生腐蚀作用，从而降低船体的强度和使用寿命。

采用夹层板可以将金属材料与耐腐蚀材料进行组合，提高船体的耐腐蚀性能，从而延长船舶的使用寿命。

最后，夹层板可以提高船舶的抗水下爆炸性能。

在军事作战和恐怖袭击等情况下，船舶可能会遭受水下爆炸的袭击，对船身造成巨大的破坏和损失。

采用夹层板可以将不同的材料进行合理组合，形成多层夹层结构，从而提高船舶的抗水下爆炸性能，减少船体的破坏面积和损失程度。

综上所述，夹层板在船舶建造中具有广泛的应用前景。

在抗水下爆炸舰船底部结构设计中，采用夹层板可以提高船舶的抗弯刚度和扭转强度，增强船体的耐腐蚀性能，提高船舶的抗水下爆炸性能，从而保证船舶的安全和稳定性。

随着夹层板技术的不断发展和创新，相信夹层板在船舶建造领域中的应用将越来越广泛。

夹层板是一种由两层及以上的板材与夹层材料组合而成的材料，主要应用于船舶建造领域。

以下是关于夹层板在船舶建造领域中的相关数据：1. 夹层板的强度比普通单层板更高，可以达到30%以上，同时还具有很好的隔热性能。

2. 在船舶建造中，夹层板的应用越来越普遍。

根据中国船级社发布的数据，2019年全球造船量达到了3205万CGT，而夹层板在这一领域中的市场份额也在稳步增长。

《钢夹层板材料船舶结构建造指南》（2007）简介
佚名
【期刊名称】《船舶标准化工程师》
【年(卷),期】2008(41)2
【摘要】我社编制《钢夹层板材料船舶结构建造指南》（2007），目前该指南正在出版中。

本指南旨在为钢夹层板材料在船舶结构中应用提供切实可行的规范操作依据。

其主要内容包括：第1章（通则），第2章（材料）、第3章（建造工艺）、第4章（结构设计基础）和第5章（主要支撑构件布置原则）等。

【总页数】1页(P43-43)
【关键词】船舶结构;夹层板;指南;材料;钢;规范操作;建造工艺;布置原则
【正文语种】中文
【中图分类】U661.4;TB330.1
【相关文献】
1.《材料与焊接规范2007修改通报》简要说明/法定检验实施指南(国际航行船舶)/《钢质海船入级规范2007修改通报》简要说明 [J],
2.航空材料：机体材料：木布结构——全金属结构（铝合金＋钢——铝合金＋钢
＋钛合金）——金属材料＋树脂基复合材料——结构材料＋功能材料发动机材料：钢结构——钢铝结构——钢、镍、钛结构 [J], 无
3.复合材料夹层板在板锥网壳结构中的受力特性分析 [J], 邓宇晨;王星
4.复合材料夹层板在板锥网壳结构中的受力特性分析 [J], 邓宇晨;王星
5.玻璃钢船体夹层结构建造工艺研究 [J], 朱珉虎
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玻璃钢材料在船舶结构设计中应注意的问题摘要：本文主要针对玻璃钢材料在船舶结构设计•中容易出现的问题进行了分析，并根据笔者的实际经验提出了一些合理的建议，希望能够引起设计部门的注意和重视。

关键词：玻璃钢材料船舶结构设计问题近儿年，玻璃钢产业在我国的迅速发展，玻璃钢产品也在我们周围逐渐普及，LI 前世界各国开发的玻璃钢产品的种类已达4万种左右，主要应用在建筑行业、化学化工行业、汽车及铁路交通运输行业、船艇及水上运输行业、电气工业及通讯工程等领域。

珠海作为玻璃钢船艇制造业的基地，每年生产和制造的船艇上口艘，通过对这些船艇设计和制造过程的检验，我们对玻璃钢材料的特性有了一定的认识和了解，同时，通过对船艇结构设计的审查，对于容易出现的问题，提出了本人的一些见解。

一、玻璃钢材料的特性玻璃纤维增强材料GFRP （Glass fiber reinforced plastics）,国内在习惯上称为玻璃钢，主要成分是以合成树脂为基体材料，玻璃纤维及其制品为增强材料组成的复合材料.玻璃纤维的原理就是将融熔态的玻璃以极快的速度拉制成纤维，拉制的纤维具有一定的柔韧性，可用于纺织成纱或各种形式的玻璃布。

玻璃纤维具有的特点是：①抗拉强度很高，强度与纤维的粗细成反比：②耐热性低，250°C以上就开始软化；③化学稳定性高，除氢氟酸和浓碱等少数介质外，对绝大多数化学介质都有较好的稳定性；④脆性较大，伸长率只有3%左右，表面光滑，不易与基体结合，需经表面处理来提高与基体的结合力。

玻璃钢材料因为不是特定物质的概念，而是材料使用方法的概念，所以它不受特定材料性能的限制，可以通过选择不同组合、自山的设讣，其产品具有以下优点：（1）质轻、高强；（2）耐腐蚀、抗海生物附着；（3）绝缘；（4）介电性和微波穿透性好；（5）能吸收高能量，冲击韧性好；（6）导热系数低、隔热性好；（7）船体表面光滑、可着色彩；（8）整体性好，船体无接缝和缝隙；（9）成型简便，适宜批量生产；（10）维修保养方便、经济。

浅谈玻璃钢材料在船舶结构设计中应注意的问题摘要：随着国外对玻璃钢的不断研究，我国也开始重视这一材料的作用，世界各国都在关注这玻璃钢船舶的设计和建造。

玻璃钢船舶设计技术发展迅速，主要是因为玻璃钢材料的特殊行，由于船舶运行的环境比较差，因此要求船舶设计的材料能够具备足够的强度、耐水性等基本性能，玻璃钢材料具备一定的优势，不过在其设计的过程中也不能忽视玻璃钢的缺点，本文主要是对玻璃钢船舶结构设计中需要注意的问题进行探讨。

关键词：玻璃钢材料：船舶结构设计；注意问题前言船舶结构设计对材料的要求比较高，而选择玻璃钢材料要比钢质材料具有更大的优势，尤其是玻璃钢材料本身可以被设计，因此具有足够的设计自由度，在选择材料的时候，为了保证船舶结构的质量，就会对玻璃钢材料的质量提出更高的要求，同时也要保证设计工作者具备足够的能力和技术，才能最终保证船舶的质量。

本文从玻璃钢的特点出发，对玻璃钢船舶结构设计中的要注意的问题进行了分析，旨在提高玻璃钢船舶设计的水平。

一、玻璃钢的特点近年来，玻璃钢材料被应用于很多行业中。

玻璃钢的主要成分是合成树脂，此外还要加上一些玻璃纤维以及增强材料制成可以直接使用的复合材料。

玻璃钢材料不是一种特定的物质，不会受到材料性能的约束，不过这种材料具备自由组合的特点，采用不同的方式能够起到不同的效果。

比如玻璃钢材料的主要特点有：耐腐蚀性强，质量比较轻，绝缘，有极强的冲击韧性，船体的表面十分平滑，因此可以涂色彩，船体没有接缝，成型比较快，维修更加方便。

这些优势的存在，使得造船舶结构设计过程中更多考虑玻璃钢材料。

玻璃钢材料具有这么多的优势，与玻璃纤维的特点离不开，玻璃纤维的拉强度较高，耐热性高，而且具备极高的化学稳定性。

玻璃钢材料因为具有这么多的特点，才会被选用在船舶设计中，由于玻璃钢船舶需要在水中使用，因此对材料的耐水性和受力性能较高。

玻璃钢长期在水下浸泡，性能会发生一定的变化，因此要求玻璃钢具备极高的耐水性，这一性能对船舶的寿命有着重要的影响。

玻璃钢结构设计 pdf玻璃钢结构是一种由玻璃纤维和树脂制成的复合材料，具有优良的力学性能和化学稳定性，在建筑、航空、船舶等领域得到了广泛应用。

以下是有关玻璃钢结构设计的内容，希望能对大家有所帮助。

1.设计前的考虑在进行玻璃钢结构的设计前，需要考虑以下因素：（1）使用环境：玻璃钢结构的使用环境决定了其材料选用、造型设计和表面处理等方面的要求。

例如，室外使用的玻璃钢结构需要具备耐候性和防紫外线能力。

（2）荷载条件：荷载条件包括静荷载、动荷载和温度荷载等。

需要根据具体使用情况进行合理的荷载计算，以保证结构的稳定性和安全性。

（3）制造和安装条件：玻璃钢结构制造需要使用特定的成型设备和工艺。

安装前需要进行施工模拟和检测，以确保结构的准确性和完整性。

2.材料性能及选用玻璃钢结构所选用的树脂和玻璃纤维性能对结构的强度、刚度、稳定性和耐久性等方面有着重要的影响。

常用的树脂包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。

常用的玻璃纤维包括无碱玻璃纤维、碱性玻璃纤维和碳纤维等。

在结构设计中，需要选择合适的树脂和玻璃纤维，根据具体的使用环境、荷载和制造条件等因素进行合理的组合。

3.结构设计玻璃钢结构的设计应以力学性能为基础，同时考虑造型美观、结构简便等因素。

在结构设计中，需要注意以下几点：（1）结构几何形状的确定：需要根据要求确定结构的几何形状，以满足荷载条件和美学要求等。

（2）截面尺寸的设计：在保证结构刚度和稳定性的基础上，尽可能减小截面尺寸，以降低材料使用率和成本。

（3）几何缺陷的控制：需要充分考虑材料的缺陷和质量状况，采取合理的设计措施，如合理的布局，缓解应力集中，避免应力疲劳等。

4.加强设计和施工措施在玻璃钢结构的设计和施工中，需要加强以下的加强设计和施工措施：（1）加强接口设计：玻璃钢结构的接口部分需要进行加强设计，以确保整个结构的刚度和稳定性。

（2）加强表面处理：玻璃钢表面的处理对结构的耐久性和美观度有着极大的影响。