高速剛?cè)嵬埞鞘芰Φ姆治?/h1>
2015-05-30 01:37:47劉永慧
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年36期
摘 要：文章針對剛?cè)嵬Ц咚俑邚?qiáng)要求日益提高的現(xiàn)狀，提出了采用矩形鋼管作為龍骨芯材的方案，確定了龍骨芯材安裝的具體過程，解決了剛?cè)嵬г诟咚俸叫兄惺軟_擊力較大的情況下如何保障艇體強(qiáng)度的關(guān)鍵技術(shù)。試制結(jié)果表明該工藝加強(qiáng)龍骨提高剛?cè)嵬?qiáng)度，影響艇體速度是可行的，為剛?cè)嵬г诟咚僖笙碌脑O(shè)計、制造打下基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：高速；矩形龍骨；受力分析；極限工況
引言
目前，針對海上使用的船艇都有一定的局限，海上船艇與內(nèi)河船艇在抗風(fēng)浪能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面有較大的區(qū)別，直接從內(nèi)河轉(zhuǎn)入海上使用時其性能受到很大限制。內(nèi)陸江河一般風(fēng)浪較小，流速適應(yīng)性是重要的設(shè)計指標(biāo)，而海洋風(fēng)浪較大，三、四級海況占60%以上，抗風(fēng)浪設(shè)計成為重要指標(biāo)。
普通船艇縱向剛性弱，海上風(fēng)浪較大，風(fēng)浪條件下易出現(xiàn)“拱腰”現(xiàn)象，不利于航行速度的提升，在海上使用受限較大。剛?cè)嵬Р捎脛傂圆牧献鳛橹鄣缀透邚?qiáng)橡膠制作的氣囊作為舟舷，可以使橫向抗傾覆能力有較大幅度的提高。文章主要討論在剛?cè)嵬в龅斤L(fēng)浪時如何保證縱向強(qiáng)度以保障高速航行。
1 龍骨加強(qiáng)方案
1.1 艇體極限工況剛度變化
一般而言，船體處于中拱彎曲和中垂彎曲的受力，是船體的極限工作載荷[1，3]（圖1）。船體結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要原則是保證在這兩種極限工況下能夠安全航行。由結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，可將上述兩個極限工況，簡化為分布載荷下的懸臂梁和簡支梁，計算對比加入矩形鋼管內(nèi)芯和常規(guī)內(nèi)芯（木或泡沫塑料）的撓度，可以使我們作出正確的判斷。
2 加設(shè)矩形鋼管龍骨芯材的負(fù)面影響及對策
加設(shè)矩形鋼管后對船舶的負(fù)面影響主要有：（1）船體重量有所增加；（2）鋼材銹蝕后影響強(qiáng)度；（3）施工工藝難度有所增加。
在上述幾項負(fù)面影響中，船體增加的重量應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)針對鋼材的銹蝕問題，采取聚氨酯泡沫分段填充工藝，保證鋼管內(nèi)部的水密性。其外表面采用機(jī)械除銹、表面鈍化和膠液涂裝防腐的處理工藝，以避免銹蝕的發(fā)生。在施工上，采取宣講釋明施工工藝，提示施工要點和提高工人責(zé)任心等方法，多管齊下，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
3 相似船體上使用鋼管肋骨的效果
在玻璃鋼船體上采用鋼質(zhì)構(gòu)件進(jìn)行增強(qiáng)，是復(fù)合材料制品提高剛度和改善局部性能的通行做法。在玻璃鋼船體中，加設(shè)鋼質(zhì)構(gòu)架也是一種常規(guī)工藝。在上世紀(jì)80年代，本公司曾在抗洪救災(zāi)船及以后的改型游艇上，采用過矩形鋼管龍骨構(gòu)架。上述兩種船舶生產(chǎn)量已達(dá)近百艘。從上述船艇采用方鋼管龍骨起，至今已三十余年，尚未出現(xiàn)用戶的負(fù)面意見反饋。
4 結(jié)束語
文章通過對高速剛?cè)嵬w及龍骨受力模式分析及計算，得到以下結(jié)論：高速剛?cè)嵬Ъ夹g(shù)要求高，成本控制嚴(yán)，為達(dá)到產(chǎn)品性能好、質(zhì)量優(yōu)的目標(biāo)。我們建議高速剛?cè)嵬Р捎眉釉O(shè)矩形鋼管龍骨芯材的技術(shù)方案。從上述計算分析可以得出：（1）加入矩形鋼管龍骨芯材后，艇體的強(qiáng)度和剛度得到明顯增強(qiáng)，并有效低降低了船舶的重心，對提高穩(wěn)性具有正面效果；（2）由于鋼材的價格較低，雖增加一定重量，但替換出部分價格較高的材料，可在不增加成本的條件下提高船體的技術(shù)性能；（3）技術(shù)方案對鋼質(zhì)龍骨芯材的負(fù)面影響，提出了有效的應(yīng)對措施，能夠抵消和解決存在的問題。
綜上所述，我們認(rèn)為在高速剛?cè)嵬喜捎镁匦武摴茏鳛辇埞莾?nèi)芯，其工藝方案和設(shè)計思路，在產(chǎn)品性能、施工工藝和成本控制等方面的控制目標(biāo)來綜合考量是可行的。
參考文獻(xiàn)
[1]徐向東，崔維成.船體梁與加筋板極限強(qiáng)度可靠性設(shè)計（英文）[J].船舶力學(xué)，2001（3）.
[2]何福志，萬正權(quán).船體結(jié)構(gòu)總縱極限強(qiáng)度的簡化逐步破壞分析[J].船舶力學(xué)，2001（5）.
[3]楊平.船體結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度及破損剩余強(qiáng)度的研究[J].船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計制造，2005.
作者簡介：劉永慧（1984，9-），男，漢族，河北高陽人，2006年6月畢業(yè)于中北大學(xué)，學(xué)士，現(xiàn)就職于秦皇島耀華玻璃鋼股份公司，工程師，研究方向：復(fù)合材料在建筑、交通、船舶制造、包裝器材、防腐工程等方面的應(yīng)用。
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關(guān)鍵詞：高速；矩形龍骨；受力分析；極限工況
引言
目前，針對海上使用的船艇都有一定的局限，海上船艇與內(nèi)河船艇在抗風(fēng)浪能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面有較大的區(qū)別，直接從內(nèi)河轉(zhuǎn)入海上使用時其性能受到很大限制。內(nèi)陸江河一般風(fēng)浪較小，流速適應(yīng)性是重要的設(shè)計指標(biāo)，而海洋風(fēng)浪較大，三、四級海況占60%以上，抗風(fēng)浪設(shè)計成為重要指標(biāo)。
普通船艇縱向剛性弱，海上風(fēng)浪較大，風(fēng)浪條件下易出現(xiàn)“拱腰”現(xiàn)象，不利于航行速度的提升，在海上使用受限較大。剛?cè)嵬Р捎脛傂圆牧献鳛橹鄣缀透邚?qiáng)橡膠制作的氣囊作為舟舷，可以使橫向抗傾覆能力有較大幅度的提高。文章主要討論在剛?cè)嵬в龅斤L(fēng)浪時如何保證縱向強(qiáng)度以保障高速航行。
1 龍骨加強(qiáng)方案
1.1 艇體極限工況剛度變化
一般而言，船體處于中拱彎曲和中垂彎曲的受力，是船體的極限工作載荷[1，3]（圖1）。船體結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要原則是保證在這兩種極限工況下能夠安全航行。由結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，可將上述兩個極限工況，簡化為分布載荷下的懸臂梁和簡支梁，計算對比加入矩形鋼管內(nèi)芯和常規(guī)內(nèi)芯（木或泡沫塑料）的撓度，可以使我們作出正確的判斷。
2 加設(shè)矩形鋼管龍骨芯材的負(fù)面影響及對策
加設(shè)矩形鋼管后對船舶的負(fù)面影響主要有：（1）船體重量有所增加；（2）鋼材銹蝕后影響強(qiáng)度；（3）施工工藝難度有所增加。
在上述幾項負(fù)面影響中，船體增加的重量應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)針對鋼材的銹蝕問題，采取聚氨酯泡沫分段填充工藝，保證鋼管內(nèi)部的水密性。其外表面采用機(jī)械除銹、表面鈍化和膠液涂裝防腐的處理工藝，以避免銹蝕的發(fā)生。在施工上，采取宣講釋明施工工藝，提示施工要點和提高工人責(zé)任心等方法，多管齊下，保證產(chǎn)品質(zhì)量。
3 相似船體上使用鋼管肋骨的效果
在玻璃鋼船體上采用鋼質(zhì)構(gòu)件進(jìn)行增強(qiáng)，是復(fù)合材料制品提高剛度和改善局部性能的通行做法。在玻璃鋼船體中，加設(shè)鋼質(zhì)構(gòu)架也是一種常規(guī)工藝。在上世紀(jì)80年代，本公司曾在抗洪救災(zāi)船及以后的改型游艇上，采用過矩形鋼管龍骨構(gòu)架。上述兩種船舶生產(chǎn)量已達(dá)近百艘。從上述船艇采用方鋼管龍骨起，至今已三十余年，尚未出現(xiàn)用戶的負(fù)面意見反饋。
4 結(jié)束語
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參考文獻(xiàn)
[1]徐向東，崔維成.船體梁與加筋板極限強(qiáng)度可靠性設(shè)計（英文）[J].船舶力學(xué)，2001（3）.
[2]何福志，萬正權(quán).船體結(jié)構(gòu)總縱極限強(qiáng)度的簡化逐步破壞分析[J].船舶力學(xué)，2001（5）.
[3]楊平.船體結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度及破損剩余強(qiáng)度的研究[J].船舶與海洋結(jié)構(gòu)物設(shè)計制造，2005.
作者簡介：劉永慧（1984，9-），男，漢族，河北高陽人，2006年6月畢業(yè)于中北大學(xué)，學(xué)士，現(xiàn)就職于秦皇島耀華玻璃鋼股份公司，工程師，研究方向：復(fù)合材料在建筑、交通、船舶制造、包裝器材、防腐工程等方面的應(yīng)用。
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