复合材料在隐身性能和力学性能上的优越的性能使其在尖端国防军事领域得到大规模应用,美国最新一代驱逐舰DDG1000所采用的一体化复合材料上层建筑则是高性能复合材料在水面舰船方面应用的最新成果,其一经问世便受到各国的高度重视。我国在船用高性能复合材料的研究起步较晚,要实现一体化复合材料上层建筑在国内主力舰船上的应用,抛开成型工艺等因素,在设计方面必须先考虑以下三个问题:首先是复合材料上层建筑在总纵弯曲作用下的强度问题;其次是复合材料上层建筑结构设计方法问题;最后是复合材料上层建筑与钢制主船体的连接问题。论文针对上述三个方面的问题展开计算研究,证明了一体化复合材料上层建筑在大型水面舰艇应用的理论可行性。为研究复合材料上层建筑参与总纵弯曲的响应特性,本文借助有限元仿真软件ANSYS,分别校核了不同船长的复合材料上层建筑在总纵弯曲作用下的强度,证明了四种设计工况下,复合材料上层建筑不会发生失效破坏,并得到了垂向应力和水平剪力沿船长方向上的分布规律以及船舯剖面上弯曲正应力沿高度方向分布规律;在进行上层建筑有效性分析时,将不同长度复材上建与钢质上建进行了对比,得到上层建筑有效程度随上建长度的变化曲线,结果表明复合材料上层建筑相对于普通钢制上建,其参与总纵弯曲程度很低。尽可能降低整体结构质量是复合材料结构设计的目标。本文针对复合材料上层建筑的受力特点,提出了一套复合材料上层建筑结构优化计算方法。按照此方法计算所得最优方案相比于钢制上建减重40%,减重效果较为明显,为复合材料上层建筑在舰船上的应用提供技术基础。复合材料由于存在渐进失效的特点,其极限强度分析以及损伤模式分析远比钢制结构复杂。本文根据Hashin失效准则,制定了相应的刚度退化折减方案,利用APDL语言实现ANSYS的二次开发,编写渐进失效程序分析计算复合材料结构极限承载能力以及损伤扩展,并通过与双螺栓单剪混合连接结构拉伸实验结果对比,验证了算法的准确性,为复合材料的失效计算提供了一种新的方法。设计有效、可靠的复合材料与钢连接结构是复合材料上层建筑应用面临的最大难点。本文综合各种连接形式和连接结构的优缺点,结合上层建筑的受力特点,决定采用π型双螺栓双剪连接形式设计复材上建与钢质主船体之间的连接结构,并通过设计载荷作用下的强度校核验证设计的合理性,旨在为复合材料上层建筑在舰船上的应用提供一种参考。