雷晶

摘 要：本文運(yùn)用船舶工程理論的力學(xué)原理就我國船舶工程情況進(jìn)行了研究探討，論述中文章針對(duì)船舶工程力學(xué)中的外部影響因素，主要力學(xué)問題等方面進(jìn)行分析，最后根據(jù)相關(guān)問題提出了自己的看法和見解，為推動(dòng)我國船舶工程事業(yè)發(fā)展提出了一些自己的看法。

關(guān)鍵詞：工程力學(xué)；造船；影響因素

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.058

現(xiàn)在社會(huì)在飛速發(fā)展，帶動(dòng)中國的各行業(yè)也飛速發(fā)展，其中就包括了船舶行業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國在1995年的時(shí)候，一年的造船量就已經(jīng)名列世界第三，較過去來說有了很大的進(jìn)步[1]。從1995之后，中國的造船量一直名列前茅。在2001年11月，中國加入世界貿(mào)易組織，使得中國的船舶行業(yè)又邁出了歷史性的一步，但是船舶行業(yè)面臨的壓力也就更大了。

1 海洋船舶的外部環(huán)境因素

1.1 海風(fēng)和海浪

船舶在海洋上航行，就會(huì)受到風(fēng)浪的侵?jǐn)_，但是對(duì)于海洋來說，或多或少的都會(huì)有風(fēng)和浪，風(fēng)浪級(jí)數(shù)甚至能達(dá)到12級(jí)或者以上[2]。國家根據(jù)風(fēng)量的大小、速度和破壞性程度將風(fēng)力分成了13級(jí)，0級(jí)的風(fēng)速是0到0.2m/s，基本上是感覺不到風(fēng)吹的，12級(jí)的風(fēng)速范圍是32.7到36.9m/s，它的危害程度是很大的，基本上在陸地上是看不見的，偶見于海上。再高級(jí)的風(fēng)比如說龍卷風(fēng)、臺(tái)風(fēng)等也是有的，不過就更為少見了。高于12級(jí)的風(fēng)力，就已經(jīng)造成了災(zāi)難性的毀滅，如果是發(fā)生在海上的，它會(huì)將船舶打翻，即使船舶的重量高達(dá)上千噸或以上。船舶在海上行駛，難免會(huì)遇到有風(fēng)浪的時(shí)候，有的時(shí)候只是小風(fēng)小浪，但是有的時(shí)候甚至是颶風(fēng)大浪，如果面對(duì)的是大浪，那么對(duì)船舶的結(jié)構(gòu)、布置等傷害是不可避免的。這種情況下，就要求船舶一定要有相當(dāng)好的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)，才能抵擋住颶風(fēng)大浪。在船舶的設(shè)計(jì)過程，風(fēng)浪是考慮的一大因素，我們還要對(duì)相應(yīng)海域的風(fēng)浪進(jìn)行長期的分析，盡可能的找出它的相應(yīng)變化。

1.2 深水壓力

在水中，存在一定的壓力，這是眾所周知的，但是在深水中壓力，我們可能沒有接觸過，對(duì)此不了解。經(jīng)過相應(yīng)的運(yùn)算，最終得出：如果深水的深度在10000m，那么需要承受的壓力為101.33MPa，600m深度的潛艇的壓力是6.08MPa[3]。

1.3 同海底礁石和海冰的相對(duì)高速碰撞與沖擊

古往今來，歷史上發(fā)生的撞船事假已經(jīng)不止一個(gè)，最為人知應(yīng)該就要數(shù)泰坦尼克號(hào)了，它當(dāng)時(shí)是在高速行駛過程中，撞向了冰山的一角，最后造成了大量的人員傷亡。還有在1967年的油船撞擊事件，它也是在行駛過程中撞向了相應(yīng)的障礙物，造成了大量的原油灑在海里，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失。除了撞擊對(duì)船舶造成相應(yīng)的傷害之外，海水、動(dòng)植物也會(huì)對(duì)船舶造成相應(yīng)的影響。

2 船舶工程中的主要力學(xué)問題

就造船工業(yè)來說，船舶工程中所涉及的力學(xué)問題，不僅對(duì)造船具有重要的影響，而且還影響著我國航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展。因此，本部分針對(duì)船舶工程中的主要力學(xué)問題，從船舶的穩(wěn)定性、船舶的推進(jìn)和阻力以及海洋氣象結(jié)構(gòu)中的氣流問題進(jìn)行探討，旨在進(jìn)一步理清船舶工程中的一些重要力學(xué)問題。

2.1 船舶的穩(wěn)定性

船舶的穩(wěn)定性首先考慮的就是，要是船舶漂浮在水面上，這就需要船舶產(chǎn)生一定的浮力，支撐起整個(gè)船只的重量[4]。除了保證船舶的漂浮之外，還要保證在一定風(fēng)量的作用下船舶不會(huì)產(chǎn)生太大的晃動(dòng)，要不然太大的晃動(dòng)會(huì)使船艙內(nèi)進(jìn)水。船身的晃動(dòng)會(huì)造成相應(yīng)的傾斜，有可能是側(cè)傾，也有可能是縱傾。當(dāng)船舶發(fā)生側(cè)傾時(shí)，這時(shí)候整個(gè)船的重心也會(huì)發(fā)生傾斜，偏向于傾斜的那邊，此時(shí)船舶的浮力和重力之間就回產(chǎn)生相應(yīng)的距離，用符號(hào)h來表示。想要判定此時(shí)船舶是否穩(wěn)定，需要判定船舶的穩(wěn)心和重心之間的高低和浮力與距離的乘積，如果穩(wěn)心高，且乘積要大于此時(shí)船舶的傾斜力矩時(shí)，就能夠認(rèn)定此時(shí)船舶是穩(wěn)定的。這兩個(gè)條件有一個(gè)不能滿足，也認(rèn)定是不穩(wěn)定的。對(duì)穩(wěn)定性的分析主要就是想要在造船的過程中從相應(yīng)的方面設(shè)計(jì)，比如說增加傾角或者改變結(jié)構(gòu)等，盡可能的是船舶在航海過程中足夠的穩(wěn)定。

現(xiàn)在對(duì)船舶的分類有單體船和雙體船，兩者各有自己的優(yōu)點(diǎn)。單體船在行駛過程中能夠保證行駛的速度，但是在遇見風(fēng)浪時(shí)的穩(wěn)定性是很差的。如果穩(wěn)定性不能夠保證的話，船舶在適用上是不合理的。針對(duì)單體船的這個(gè)缺點(diǎn)，才提出了雙船體的想法。經(jīng)過多年的理論研究和實(shí)踐測試，在1973年推出了第一個(gè)雙體船，代號(hào)為S WATH，該船體有較好的穩(wěn)定性。該船體的結(jié)構(gòu)分為水上平臺(tái)和水下細(xì)長體，這種結(jié)構(gòu)保證了船舶的穩(wěn)定性，即使有風(fēng)浪時(shí)，船舶的也不會(huì)有太大的晃動(dòng)。現(xiàn)在，相應(yīng)的船舶專家提出了一個(gè)大膽的設(shè)想--多體船，如果該類型船的成功設(shè)計(jì)，或許對(duì)現(xiàn)在的軍艦都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的影響。

2.2 船舶的推進(jìn)和阻力分析

對(duì)于現(xiàn)在的船舶來說，除了要保證船舶的穩(wěn)定性之外，還要保證相應(yīng)的運(yùn)行速度和控制上的靈活性。在船舶的前進(jìn)過程中主要是靠的是船體的推進(jìn)器的作用，推進(jìn)器作用于水，水反作用于推進(jìn)器[5]?，F(xiàn)在常用的推進(jìn)器是水下軸流式螺旋槳，它主要是靠柴油機(jī)進(jìn)行帶動(dòng)的，并且使用螺旋槳的目的就是在行駛過程中對(duì)水的阻力小，運(yùn)行效率高。船舶設(shè)計(jì)好之后，它的最大推力就已經(jīng)是固定的了。在船舶行駛的速度加快時(shí)，對(duì)水的阻力也會(huì)增大，這樣所需要的船舶推力也會(huì)增大，當(dāng)速度達(dá)到一定值，船舶的推力也會(huì)達(dá)到最大值，此時(shí)的速度值成為速度極限值。但是對(duì)于船舶來說，我們一般不會(huì)使船舶行駛在速度極限值，這樣對(duì)船舶的傷害是極大地，而且不可恢復(fù)。制約船舶前進(jìn)的主要因素就是阻力，阻力分水上阻力和水下阻力，水上阻力主要就是大氣和風(fēng)的阻力，水下阻力主要是水的阻力。

2.3 船舶與海洋結(jié)構(gòu)物在波流作用下的水動(dòng)力學(xué)問題

想要保證船舶的正常穩(wěn)定運(yùn)行，并且使其處在最佳行駛情況下，就不得不考慮水動(dòng)力對(duì)船舶的影響。

波浪理論。該理論主要是考慮的是波浪對(duì)船舶的影響，它主要包括了兩種理論，正弦波理論與有限振幅波理論。這兩種理論有各自的應(yīng)用場合，也有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)物的運(yùn)動(dòng)。船舶在行駛過程中隨著風(fēng)浪不同，會(huì)產(chǎn)生不同的變化，有的時(shí)候是左右搖擺，有的時(shí)候上下晃動(dòng)，對(duì)這些不同的變化進(jìn)行相應(yīng)的分析，才能更深入的研究船舶的穩(wěn)定性。

安全性。船舶的安全性包括了多種，別說耐腐蝕性、抗震動(dòng)性等等。

3 船舶與海洋工程中的其他力學(xué)問題

通過前面本文的探討，文章主要介紹了船舶穩(wěn)定性的重要因素，還有一些不是特別重要的力學(xué)因素也不可忽略：

其一，不同的材料在海水中有不同的性能，要考慮到材料的腐蝕性、焊接性等等；其二，行駛過程中，盡可能的預(yù)防問題的發(fā)生；其三，對(duì)于不同公共，會(huì)有不同結(jié)構(gòu)的船舶設(shè)計(jì)，對(duì)該設(shè)計(jì)盡可能的優(yōu)化；其四，分析船舶在不同的情況下，有可能出現(xiàn)的所有問題；其五，優(yōu)化船舶的速度和穩(wěn)定性第六，盡可能的對(duì)船舶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，比如說助推器的改進(jìn)、噪聲的處理等；

當(dāng)然，除了上述的力學(xué)因素以外，還有一些其余的因素，在此不做過多介紹。

4 結(jié)束語

船舶的力學(xué)問題直接關(guān)系著造船事業(yè)的發(fā)展，了解船舶力學(xué)問題是規(guī)范船舶安全生產(chǎn)，提升船舶工程質(zhì)量的重要前提。因此，本文所針對(duì)船舶工程中的力學(xué)問題進(jìn)行研討，旨在為全面分析造船中涉及的主要力學(xué)及其影響因素進(jìn)行分析，這就為下一階段造船工作中提升安全技能等方面具有著重要的作用。總之，現(xiàn)在中國的船舶行業(yè)已經(jīng)取得了非常大的成功，在之后的日子里，船舶行業(yè)的發(fā)展肯定會(huì)越來越好，造福于國家，造福于人類。

參考文獻(xiàn)：

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[4]邵兵，原恩桃，郁斌強(qiáng)，于忠海.“卓越計(jì)劃”課程體系的改革研究——機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)[J].中國校外教育，2014（S3）.

[5]劉俊，李榮斌，汪燁，王廷軍.基于工程素質(zhì)的技術(shù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式研究——以機(jī)械電子工程專業(yè)為例[J].職教論壇，2012（07）.