1.2研究目的与意义

1.2.1夹层板的发展背景

夹层板一般由上下两层面板和中间的夹芯构成。夹层板根据其材料的构成可分为金属夹层板和复合材料夹层板两大类。复合材料夹层板主要由非金属材料构成，如FRP、PU泡沫等。金属夹层板是由三维或二维的折叠式夹芯层和其金属面板通过激光焊接而成，夹芯层为管件、金属折线或金属薄板。夹层板结构的力学性能由其夹芯层结构的空间结构形式以及折叠方式决定。目前其夹芯层结构形式已有波纹型、I型、U型、Y型、V型、X型、Z型等多种。

金属夹层板大多通过激光焊接技术焊接而成。激光焊接技术拥有传统焊接技术所不具备的热源集中、热影响区域小、变形小、能量密度高、焊接快速、自动化程度高等特点。采用激光焊接技术制造的夹层板，结构平整度高，在船舶建造过程中有利于船舶管线布置的提高、结构开孔的施工效率，减小结构的焊接、涂装等工艺，从而减小造船周期，提高企业利益。

由于造船行业对对钢材的应用依赖程度非常高，在能达到相同强度的前提下，钢材用量的减少不仅能在建造过程中节约成本，而且在对散货船等载重型船舶来说，钢材量的减少能加大载货量加大其经济效益。根据夹层板各项几何参数对其力学性能的影响设计出性能优良的夹层板，最大程度的发挥钢材的材料性能，达到满足各项性能的同时最大幅度的减少船体的重量，提高其经济效益。

随着船舶结构设计水平的不断提升，对新材料、新型结构形式方面的需求越来越迫切，开展基于激光焊接夹层板的船体结构设计已成为船舶与海洋结构领域的研究热点在船舶领域，由于舰船的工作环境恶劣且多变，船体结构设计要求繁冗复杂及其复杂的结构和工况载荷等因素，使夹层板这种新型的板架结构材料起步较晚。为了让我国船舶建造业更好的使用此种新型材料，把这一技术在国内更好的推广，中国船级社组织社内外专家于2007年编制了《钢夹层板材料船舶结构建造指南》，为国内船舶工业更好的应用此新型材料提供可行的操作规范依据。

V型夹层板由于夹层板具有比强度高、焊缝焊接的工作量小、焊接的变形小、减震降噪效果好等优点，目前已经广泛应用于航空、机械、土木工程等制造业中。但由于V型夹层板结构复杂，用现有的力学理论解析法进行直接解析难度较大，通常把它等效为易于计算的二维正交异性板，通过计算等效板的力学性能来得到所需夹层板的相应力学性能，但目前对于将V型夹层板等效为连续板的理论方法的研究还相对较少，有待于开展进一步的研究。

V型夹层板的结构形式如图1.1所示，是由上下面板以及中间的V型夹芯层组成。

图1.1V型夹层板结构形式

1.2.2夹层板在船舶工业的应用

宾夕法尼亚州立大学实验室[1]以及美国海军水面作战中心（NSWCCD）早在20多年前就开始研究激光焊接波纹芯金属夹层板，并首次将其应用在LCC-20D的天线平台上。如今金属夹层板已应用于美国海军中并提高了生产效率，例如约翰·汉考克号航空母舰（DD-981）、中途岛号航空母舰（CV-41）、惠特尼山号指挥舰（LCC-20）、阿利·伯克级导弹驱逐舰等。德国Meyer船厂利用StakeWelding技术生产的I型金属夹层板应用于豪华游轮的甲板等区域。美国的DDG-1000导弹驱逐舰在人员安全屏障、过道板架以及上层建筑均使用了钢质折叠式夹层板。

图1.2DDG-1000导弹驱逐舰

国内胡宗文[2]将激光焊接的金属折叠式夹层板代替传统的加筋板架应用于船舶的上层建筑。夹层板应用于上层建筑，在满足结构强度的同时，能有效减轻上层建筑的重量，降低船舶的重心高度。