玻璃钢渔船船体骨架结构形式的研究

  船体结构中需用众多的骨架,玻璃钢渔船的骨架构件(纵桁、肋骨、横梁等)亦采用与其他材质的渔船类似的断面结构型式。通过试验研究,找出既保证强度又节省材料、便于施工的结构形式,对发展玻璃钢渔船具有现实的意义。
  作为玻璃钢渔船的骨架,目前采用多种结构形式(如梯形、矩形、半圆形等)。我国主要采用矩形和梯形骨架。本试验采用五种结构形式进行弯曲试验,以求得应变e、结构弹性模量E、结构有效率 、挠度及断面应力分布等力学性能[5],为船体结构设计提供基础依据。
  1、材料与方法
  1.1材料 1:1无碱无捻粗纱方格布和不饱和聚酯树脂,苍材采用硬质泡沫塑料和木材。
  1.2试件形式及尺度
  试件形式:如图1(a)、(b)、(c)所示;

    图1(a) 试件示意图Fig.1(a) Diagram of the samples
  图1(b) 试件断面图(矩形)Fig.1(b) Sample section(rectagle)
  图1(c) 试件断面图(梯形)Fig.1(c) Sample section(trapezoid)[-page-]
  试件尺度:长×宽一600ram×150ram,厚R’×8(4~5mm)
  加强材: 厚R×5(2~3ram)。
  试件1:矩形,空心(代号为s1一A,s1一B);
  试件2:矩形,芯材为泡沫塑料(代号为s2 A,s2 B);
  试件3:矩形,芯材为木材(代号为s3一A,s3一B);
  试件4:梯形,芯材为泡沫塑料(代号为s4一A,s4一B);
  试件5:梯形,空心(代号为s5一A,s5一B);
  以上试件各作两个(A 为正面,B为反面)。
  1.3试验方法
  (1)支撑两端,支点间距500ram,如图2(a)、(b)所示;
  (2)中部逐渐加负荷;
  (3)构件的正、反面各作一次弯曲试验。
   图2(a) 试件正面弯曲试验Fig.2(a) Front view of samples for bending test
  图2(b) 试件反面弯曲试验Fig.2(b) Back view of samples for bending test


  1.4试验内容[-page-]
  (1)A 测各试件正、反面加强材顶部中点处应变与荷重的关系;B 测定当荷重P=1.5kN时,应变E、结构弹性模量E 和结构有效率q。
  (2)各加强材中点处正、反面大挠度与荷重的关系。
  (3)中横断面表面处的应变分布试验(图3表示出各测定点位置)。
  A.在弹性范围内测6个点处的E=f(P)的关系;
  B.第二阶段至到试件破坏,求各点£=f(P)的关系。并测破断载荷,计算出破断应力。

   图3 测应变点分布示意图Fig.3 Distribution of the points for strain m easurement
  2、结果与分析
  2.1 试验结果  见表1


  注:A――上端中点压头处破坏;B――下端中点拉断;c――上端中点压头处折坏;D――上端中点压头处挤坏;E――下端拉裂;F――压载底部开裂。
  2.2 挠度。同一试件的中点挠度(f1)和距中125mm点的挠度(f2随载荷增加而增大)。中点的挠度值比距中125mm点的值约大30%~50%;在同一载荷下,S3-A的挠度值小,S5-B的挠度值大。
  2.3应变。同一试件的应变值随载荷的增加而增加。试件的下面受拉部位的应变值变化显著,而上面受压部位的应变值变化缓慢;在载荷相同的情况下,试件中部的应变值大。在相同载荷下,S3-A的应变值小,S4-A的应变值次之,而S5-B的应变值大。
  2.4破断载荷。各种断面结构所能承受的破断载荷不同。木质芯材结构试件承受的破断载荷大,泡沫芯材结构试件的破断载荷次之;从断面形状相比,梯形断面试件的破断载荷大于矩形断面的破断载荷。
  2.5破坏应力。木质芯材结构试件的破坏应力大,其次是泡沫芯材结构;同样,梯形断面试件的破坏应力大于矩形截面的破坏应力。[-page-]
  2.6、优化处理
   2.6.1方法。加权因素法。
  2.6.2基本条件。各种断面结构的结构有效率1,不同断面结构的破坏载荷(Pb),破坏应力(Ob),各种断面结构在同一载荷下的挠度值f1,中点应变e。
  2.6.3加权基数。Pb=0.2,ob一0.2,f1―0.3,£一0.2, ―0.1。
  2.6.4加权结果。见表2。


  3、小结
  根据优选评析结果,梯形泡沫结构为优结构,能承受较大的破坏应力,其根部夹角大于90。,避免应力集中。按断面形状,梯形优于矩形;按断面结构,木质芯材优于泡沫芯材,泡沫芯材优于空心结构,应推广梯形断面结构 但是,由于梯形断面芯材加工工艺比较复杂,同时,在我国泡沫的价值高于木材,因此,小船仍可采用矩形断面结构。
  木质芯材结构断面试件的优化值高,但困本试验所用的木质芯材为硬木(不适于建造玻璃钢渔船所用),所得数据过高,不宜为据。另外,木质芯材与玻璃钢易发生剥离,且易腐烂,故不取该结构为优结构。骨架的顶部受力较大,容易破裂,故顶部需用玻璃布加强。
  参考文献
  1 钱鸿.等.玻璃钢船的结构特点.[J]造船技术.1989,4:31~∞
  2 金海样.玻璃钢结构特点及其在造船上的应用[J].造船技术.1979.8:7~l6
  3 金原勋.等.船用玻璃钢的强度问题[J].国外造船技术.1981,8:39~47
  4 财团法人.日奉小型船舶工业会.FRP制船舶0构造并 忙诸标准 调查研究[M].东京:千曲印刷株式会社,昭和56年(公元1981年).18~28
  5 孙训方.等.材料力学[M] 北京:教育出版社,1981