基于多材料耦合梁方法大型复合材料-金属混合船舶极限强度研究

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项目介绍
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基本信息

  • 批准号:
    51909103
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1101.海岸工程与海洋工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Composite-metal hybrid ship is composed of fiber reinforced composite superstructure and metal main hull. This ship can integrate the strength and stiffness advantages of the metal main hull and the light and multi-functional characteristics of the composite superstructure, and meet the needs of stealth and lightweight for large-scale military and civilian ships. Due to the particularity of anisotropic composites and the diversity of structural response with different materials, the mechanical behavior of hybrid ships is more complicated than conventional ships. The traditional methods have shortcomings in solving the problems of the coupling mechanism, failure modes and ultimate strength for ship structures with multi-material. The industry urgently need to break through the relevant theoretical and technical bottlenecks. The subject explores the mechanical response law between internal structures of the hybrid ship, models the coupled beam system, extends the applicable range of the traditional coupled beam theory from a single material to multiple materials, and proposes a multi-material coupled beam method for hybrid ships. A progressive failure nonlinear numerical method is established to analysis the macro/microscopic mechanical behavior and failure characteristic of the hybrid ship structure. And the deficiency of beam theory to deal with micromechanics is compensated. Based on theoretical exploration, numerical analysis and experimental verification, a semi-theoretical and semi-numerical method of ultimate strength prediction for hybrid ships is put forward. The mechanical coupling mechanism between large-scale composite superstructure and metal main hull, the ultimate strength response law of the hybrid ship, and the efficiency of composite superstructure is revealed. The research provides a theoretical reference for the design, application and safety assessment of the new large and lightweight passenger ships and cruises.
复合材料-金属混合船舶由纤维增强复合材料上层建筑和金属主船体构成,集成金属船体强度、刚度优势及复合材料上建比重小、多功能的特性,能有效满足大型军、民船隐身、轻量化的发展需求。因各向异性复合材料特殊性和不同材料结构响应多样性,混合船力学行为比常规船更加复杂,传统方法解决多材料结构耦合机理、失效模式和极限强度问题时存在局限,急需突破相关理论技术瓶颈。课题探究混合船体结构力学响应规律,构建耦合梁系模型,将传统耦合梁理论适用范围从单一材料拓展至多材料,提出多材料耦合梁方法;构建渐进失效非线性数值方法,研究混合船体结构宏/细观力学行为表征和失效特性,弥补梁理论处理细观力学问题的不足;综合理论探索、数值分析和实验验证,提出半理论-半数值混合船舶极限强度预测方法,揭示大型复合材料上建与金属船体间力学耦合关系、极限强度响应规律及复合材料上建效率,为新一代大型轻量化客船、邮轮设计应用、安全评估提供理论基础。

结项摘要

复合材料-金属混合船舶能够有效满足大型军、民用船舶隐身、轻量化等发展需求,在船舶领域的应用日益增多。复合材料上层建筑与金属主船体之间的相互关系非常复杂,混合船体结构的极限强度问题是造船界长期关注的问题之一。本项目研究了复合材料-金属混合船舶结构的离散方法,建立了梁单元间的多向耦合关系,构建了混合船舶耦合梁系模型,提出并验证了耦合梁方法。该方法明确了耦合梁结构的控制方程以及上建与主船体之间转换层的力学作用,能快速预报船体梁的弯矩-曲率关系、纵向剪切耦合关系以及任意跨耦合刚度与极限剪切位移间的关系,有效表征大型上建与主船体的相互作用。针对混合船体结构的非线性分析问题,重点研究了复合材料的本构关系、失效准则和退化方案,形成了兼顾宏、细观分析的非线性数值计算方法和渐进失效数值分析流程,完成了复合材料板架梁等多种船舶典型结构的力学行为分析,证明该方法可有效预报船体结构的极限强度、失效模式以及力学响应规律等。针对多材料混合船体结构,提出了半理论-半数值极限强度预测分析方法,基于该方法从弯矩分配系数角度研究了不同形式上建对混合船舶总纵弯曲强度的贡献率,并剖析了几何尺度、材料特性等参数对混合船舶力学行为的响应规律。搭建了多尺度力学试验系统并完成了不同形式板架梁和多材料混合船体梁的强度试验,验证了耦合梁方法和极限强度预测分析方法。项目研究成果可以有效表征大型上建与主船体间的耦合作用关系,明确上建、主船体的弯矩分配情况,并评估不同形式、不同材料船体结构在多种工况下的力学特性及响应规律,能够为新一代大型轻量化客船、豪华邮轮等大尺度船舶的设计优化、结构安全评估等提供参考依据。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(3)
菱形开孔薄板面内剪切稳定性试验与分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    中国造船
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李晓文;朱兆一;陈清林;蔡英强;彭苗娇
  • 通讯作者:
    彭苗娇
EXPERIMENTAL AND NUMERICAL STUDIES ON THE SHEAR STABILITY OF SHIP’S THIN PLATE
船舶薄板剪切稳定性的实验与数值研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Polish Maritime Research
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Li Xiaowen;Zhu Zhaoyi;Chen Qinglin;Cai Yingqiang;Peng Miaojiao
  • 通讯作者:
    Peng Miaojiao
Simulations and Tests of Composite Marine Structures Under Low-Velocity Impact
海洋复合结构低速冲击模拟与试验
  • DOI:
    10.2478/pomr-2021-0006
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Polish Maritime Research
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Zhu Zhaoyi;Li Xiaowen;Chen Qinglin;Cai Yingqiang;Xiong Yunfeng
  • 通讯作者:
    Xiong Yunfeng
船体玻璃钢层合板低速冲击响应特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国造船
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱兆一;李晓文;李军;陈清林;蔡应强
  • 通讯作者:
    蔡应强
船体开孔薄板面内剪切屈曲特性研究 (网络首发,待检索)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱兆一;李晓文;蔡应强;陈清林;彭苗娇;熊云峰
  • 通讯作者:
    熊云峰

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其他文献

长链非编码RNA HOTAIR对急性淋巴细胞白血病细胞增殖与凋亡的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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    ZHAO Li-tao,LI Xiao-wen,DAI Hui-juan(College of Ci
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    李晓文;胡远满;肖笃宁
  • 通讯作者:
    肖笃宁

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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