卢永文 杨朱伟 杨 尧 魏 涛 秦 琅

(中国船舶集团公司第七一一研究所，上海 201108)

1 研究背景

传统船舶推进系统中轴系重量约占整船重量的2%(约100 t～200 t)，使用复合材料替代金属可以使轴系减重25%～80%，因此复合材料轴在船舶推进系统的传动功率密度提高上具有重要的应用前景。同时，复合材料传动轴还具备隔声减振效果，是未来船舶推进方式的重要发展方向。目前在美国海军YP-654巡逻艇、瑞典海军SMYGE气垫船以及美国Sacramento级补给舰等舰艇上均使用了复合材料轴系[1]。复合轴系中涉及到大量复合材料与其他部件的连接，连接形式包括了胶接和机械连接等形式。其中机械连接在传递载荷能力以及可维修性上具有明显优势，是复合材料连接结构的重要形式。但是在复合材料结构上开孔会对复合材料强度明显削弱，同时螺栓以及铆钉的使用还会增加结构重量。

复合材料相对金属材料具有力学性能分散性大的特点，传统的安全系数法进行结构强度设计时是通过安全系数对各变量不确定性用一个均值进行简化，会导致设计结果危险或保守[2]。在美国航空手册(MIL-HDBK-17-1F)中根据复合材料部件是否属于关键件，定义了复合材料结构设计的A基准值和B基准值，表示在给定置信度γ条件下，可以期望β×100%的样本值大于该下限值的问题[3]。因此，复合材料基准值设计法是基于力学性能的下分位进行分析，表明结构设计保守。结构的概率可靠性设计方法则是基于概率论与数理统计理论，将结构设计中的材料性能的分散性以及外载荷的随机性等不确定因素直接进行了量化，通过计算得到结构的失效概率充分考虑了材料的分散性[4]。……