船体的设计

15.4.2　FRP/CM船体的设计

1）FRP/CM船体结构设计的基本原则

长度不超过15m的FRP/CM小艇的设计，一般不进行船体载荷的明确计算和结构的响应分析。船体构件尺寸的确定是根据以往成功的设计和建造经验，在某种程度上，这些经验已编入各船级社的规范；某些船级社的规范还包括长15～50m船的结构设计，但对这种长度范围，规范的规定一般都显得相当保守，可用于对重量不敏感船舶的设计；对于小型高速艇和高性能船，诸如高速滑行艇、水翼艇和表面效应船等，其壳板尺寸主要由横向水动力决定，更多受到冲击效应的影响。为了预报这类船艇的最大载荷，提出了部分依靠理论、但也依靠船模和海上试验数据的半经验方法；对于超出现行规范适用范围的大型舰船和按规范设计会导致过大重量的高性能船舶，其设计应从基本理论出发，进行明确的载荷计算、材料的评价和优选，以及完善的结构分析，必要时辅之以屈曲、疲劳和连接性能的试验。

2）FRP/CM船体设计应考虑的几个问题

（1）FRP/CM的特点是其强度和弹性模量均是可设计的，设计师可适当地选择增强材料及增强方式，以保证所设计的构件具有必要的强度和模量，以满足其工作条件。

（2）FRP/CM是各向异性材料，因此，对所设计的结构，除了要校核主要载荷下的应力外，必要时，还要校核次要载荷方向上的强度。

（3）FRP/CM的相对伸长很小，没有明显的屈服极限。它在受拉破坏时，具有脆性特征，较易因应力集中而引起破坏。因此，设计师在设计间断构件和开孔形式时，必须满足规定的严格要求。

（4）FRP/CM的弹性模量很小，特别是剪切模量更低。因此，较难保证结构的刚度、稳定性以及受剪时的工作能力。在许多情况下，结构设计衡准不是正应力和剪应力的高低，而是计及剪切影响的挠度的大小以及临界欧拉应力，亦即刚度往往成为校核船体结构的主要衡准。

（5）FRP/CM的层间（剥离）强度较低，这样使构件之间的连接问题较突出，应尽量减少接头，并避免使接头布置在弯矩、剪切和振动最大的区域，因此，结构设计时，尽可能利用它的易成形性，将船体设计成一个整体。

（6）FRP/CM船体结构的性能还取决于其成形工艺和环境条件及纤维的含量。

（7）FRP/CM船体结构的安全系数是个很重要的问题，其选择和确定需要综合考虑各种因素，由于国内对FRP/CM船舶的材料性能、设计计算以及制造工艺等方面研究得还不够深入，也未建造过长度超过40m的大中型FRP/CM船舶，因此，对选取较合理的安全系数还缺乏经验，以前主要是参考国外规范和设计手册中的规定来选用的。近年来，FRP/CM船舶的材料、设计和制造等技术进展很快，原来的参考数据已显得不尽合理，需要设计者根据具体舰船和现时的技术水平进行合理选择。

3）FRP/CM船体结构设计的方法

FRP/CM船体结构设计的方法有：仿母型船进行换算的等代设计、按船级社规范进行的规范设计、采用传统直接计算法进行的设计和基于复合材料专用软件进行的设计。