何 凯 唐文勇 罗 凯 贺远松

1 上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200030 2 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011

1 引 言

复合材料因普遍具有比强度高、比刚度高、抗疲劳性好、耐腐蚀、可设计性好和加工成型方便等优点，因而被广泛应用于舰船结构中［1］。近年来，随着复合材料及其成型工艺，以及质量控制技术的发展和结构应用形式的改进，采用复合材料的军/民用船舶开始出现大型化的发展趋势，其结构安全性能的评估越来越引人关注。复合材料舰船的基本结构单元——层合板及加筋层合板具有几何结构复杂、边界条件多样等特点，因此，相对解析方法，采用有限元数值分析法更为适用，且目前的应用也最为广泛。

复合材料层合板一般具有非均质性、各向异性和厚度方向的分层等特点，这些特点使均质各向同性板壳的有限单元无法准确模拟层合板的力学特性。为解决该问题，近年来，国内外学者提出了各种层合单元，这些单元的设计主要基于三维层合板理论及等效单层板理论。

理论上，基于三维层合板理论的三维元［2］可以准确反映层合板的力学特性。在采用该单元划分网格时，为保证计算精度，沿层合板的厚度方向需要划分一定数量的单元，且三维单元厚度方向的尺度与其他两个方向的尺度之比不能太小，否则将导致刚度矩阵出现病态［3］，给求解带来困难。当结构较为复杂时，建模的工作量会非常大，同时单元和节点的数量也将大幅增加，因此，在全船有限元分析中，不宜全部采用三维元建模。……