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游艇产业是发展战略新兴产业,是促进山东半岛蓝色经济区建设,是培育新的消费热点和拉动经济增长点的重点产业。目前我国已经成为全球第一造船大国,我省也成为国内造船四强之一。而作为高技术、高效益、低消耗的新型复合材料游艇在我国刚刚进入高速发展期,这预示了游艇产业发展的巨大潜力。 复合材料性能优异,既可大幅度减轻结构材料,节约资源和能源,又兼有高耐腐蚀的特点,游艇制造商不断地用于制造艇体,既可以提高游艇的综合性能,又可以确保高的生产效率和较低的成本,同时还可以实现环保。 本文主要对Nomex蜂窝夹层结构、CorecellTM泡沫夹层结构和玻璃钢单板结构进行了分析和实验研究,同时还对整艇进行了有限元模拟。 本文完成的主要工作如下: (1)针对夹层结构和单板结构,进行了相关的理论分析;根据相关国家标准,通过制备的三种复合材料的试件,进行了拉伸、压缩、弯曲和剪切等相关实验研究,经分析并对比了实验结果得出:在夹层结构中,蜂窝夹层结构的抗压强度、剪切强度、抗弯强度、挠度和弯曲刚度均优于泡沫夹层结构,但是其抗拉强度不如泡沫夹层结构,两种芯子的剪切应力相差不大;单板结构的抗拉强度、抗压强度、剪切强度均优于夹层结构,但是抗弯强度、挠度和弯曲刚度低于夹层结构; (2)针对整个艇体进行了静、动力学模拟分析,包括静力分析、模态分析和单点响应谱分析,并得出以下结论: ①在外力的作用下,单板结构受到的应力大、变形大,夹层结构受到的应力小、变形小;蜂窝夹层结构受到的应力小、变形大,泡沫夹层结构受到的应力大、变形小; ②单板结构的稳定性稍弱,夹层结构的稳定性稍好;泡沫夹层结构的稳定性好于蜂窝夹层结构; ③在沿着艇身方向的波浪作用下,单板结构的整体变形大,夹层结构的整体变形小;蜂窝夹层结构的整体变形大,泡沫央层结构的整体变形小; (3)游艇在水中运行的过程中,主要承受自身重力、浮力、惯性力、波浪冲力和艉部水动力等作用。根据模拟结果认为,艇艏底部需要承受较大的应力,可采用蜂窝夹层结构;舷侧、甲板和舭部需要有良好的稳定性,可以采用泡沫夹层结构;舱内的设施因受到的反作用力小,均可采用蜂窝夹层结构,以避免较大的振动和冲击,且能够隔音绝热。龙骨可采用泡沫夹层结构,通过芯材支持强力层,加之较大的刚度,可使整个艇体处于相对稳定安全状态。 本文通过一系列的研究,得到适合艇体结构的复合材料,用以研究和推广,以此更好地提升游艇产业,提高竞争力,同时对于游艇的未来发展起到了一定的作用。