泡沫玻璃钢夹层结构板的弯曲强度分析.pdf

《泡沫玻璃钢夹层结构板的弯曲强度分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第４２卷第６期船海工程Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．６２０１３年１２月ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤｅｃ．２０１３ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１-７９５３．２０１３．０６．０１１泡沫玻璃钢夹层结构板的弯曲强度分析王娜，肖渤舰，肖曙明（中国船级社武汉规范研究所，武汉４３００２２）摘要：结合船用泡沫玻璃钢夹层结构的适用理论、有限元分析方法，对基于刚性固定边界条件的泡沫玻璃钢夹层板的弯曲强度计算公式进行推导，给出泡沫玻璃钢夹层板弯曲强度的边界条件修正系数。关键词：泡沫玻璃钢夹层结构；Ｒｅｉｓｓｎｅｒ理论；有限元分析；边界条件修正中图分类号：Ｕ６６１．４３文献标志码：Ａ文章编号：１

2、６７１-７９５３（２０１３）０６-００４６-０３泡沫玻璃钢夹层结构质量轻，具有较高的比刚度及比强度，且玻璃钢耐水性能好，泡沫芯材因有一定的硬度，有较好的工艺性，与树脂不发生作用，使得泡沫玻璃钢夹层结构在船舶上有着广泛［１］的应用。国内外已经建成各种类型的泡沫玻璃钢夹层结构的船舶，为了适用玻璃钢夹层结构图1夹层结构板的发展，中国船级社武汉规范研究所已经对枟纤２）泡沫的材质较软，可以忽略芯材中平行于［２］维增强塑料船建造规范枠（１９９１）进行了改版。xy平面的应力分量。结合修订过程中对泡沫玻璃钢的夹层结构强度进３）夹层板弯曲时上下面板弯向同一方向，可行的研究，本文对正交异性面板各向同性芯材的以假

3、定夹层板的εｚ＝０。夹层结构的适用理论和有限元分析方法进行阐４）面板和芯材中的σｚ很小，可以假定为零。述，并用解析方法对比验证其正确性，通过有限元此外，假定面板是正交异性的，芯材是各向同分析方法推导泡沫夹层结构板的边界条件修正系性的，则受横向均布载荷夹层板面板的最小厚度数。tｆ可按下式计算。MM１夹层结构的适用理论tｆ＝＝（１）［σｆ］h′［σｆ］γtｆ式中：h′———上、下面板中心距，h′＝γ·tｆ；由于船用泡沫玻璃钢夹层结构的夹层板的表［σｆ］———面板的许用应力；层很薄（见图１），一般采用Ｒｅｉｓｓｎｅｒ（莱斯纳尔）［３］M———夹层板宽度上的弯矩，ｋＮ·ｍ／ｍ，对理论对其进行分析。Ｒ

4、ｅｉｓｓｎｅｒ理论分析的出发２于四边简支夹层板，M＝β·pb，点是把夹层结构的面板看作只承受面内力的薄２其中：p———横向载荷强度，ｋＮ／ｍ；膜，忽略本身的抗弯刚度，芯材只承受横向的剪切b———夹芯板板格短边长度，ｍ；力，在芯材中面内应力为零。根据Ｒｅｉｓｓｎｅｒ理论，γ———两面板厚度中心线间的距离与两面对薄面板夹层板提出几点假设。板的平均厚度之比；１）面板的厚度t与整个夹层板厚度相比很b小，可做薄膜处理，它只承受面内力，且沿其厚度β———系数，β＝０．１５８－０．１１。a均匀分布。其中：a———板格的长边长度，ｍ，当板格的短边与长边比b／a小于０．３时，取k＝０．１２５。收稿日期：２０１

5、３－０４－２４修回日期：２０１３－０５－２３２有限元分析方法及验证第一作者简介：王娜（１９８４－），女，硕士，工程师研究方向：船体结构强度有限元法采用大型通用有限元软件Ｐａｔｒａｎ进E-mail：ｎｗａｎｇ＠ｃｃｓ．ｏｒｇ．ｃｎ行计算。面板使用碳纤维或玻璃纤维作为增强材４６泡沫玻璃钢夹层结构板的弯曲强度分析———王娜，肖渤舰，肖曙明料，环氧树脂作为基体。根据Ｒｅｉｓｓｎｅｒ理论将夹手段。层板的面板模拟为板单元。E１１为纤维的轴向方３夹层结构边界条件修正向，E２２为垂直于纤维轴向的方向，从其性能特点看，该板为２Ｄ正交异性单向板，所以在Ｐａｔｒａｎ中船体板格四周的边界条件一般为刚性固定约定义单向

6、板为２ＤＯｒｔｈｏｔｒｏｐｉｃ材料，在创建材料束，但是刚性固定约束边界条件下的筒形弯曲板时，输入材料的线弹性属性，由于目前纤维增强塑格的单位宽度上弯矩的求解过程非常的复杂，对料船的层板主要采用无捻粗纱状胶正交纤维布制于各类夹层板强度，学术专著和论文都没有给出作且工艺要求纤维方向应与船长（和船宽）方向一刚性固定约束边界条件下夹层板弯曲强度计算公［４］致。故本文实例中弹性模量E１１＝E２２＝１１ＧＰａ，式。所以本文通过有限元对夹芯板的计算得到四剪切模量G１２＝１０ＧＰａ，泊松比ν１２＝０．２５。由于是周刚性固定时板格短边方向面板应力σｇ与四周研究板的弯曲，故可认为G２３＝G１３＝∞，即认为剪简支

7、固定时板格短边方向面板应力σｚｈｉ的比值，应变γ２３＝γ１３＝０。夹心层为泡沫根据Ｒｅｉｓｓｎｅｒ理见图３。论将芯材模拟为体单元。根据泡沫的特点，可以将其视为各向同性材料，在Ｐａｔｒａｎ中定义泡沫芯材为Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ材料，在创建材料时，输入材料的线弹性属性。本文实例中弹性模量E＝３７ＭＰａ，剪切模量G＝１４．２ＭＰａ，泊松比ν＝０．３。有限元模型见图２。图3夹芯板板格四周边界条件对短边方向面板弯曲应力的影