簡(jiǎn)開(kāi)勇 江智聰 王宇桐

摘? ? 要：本文介紹了按照中國(guó)船級(jí)社《沿海小船入級(jí)與建造規(guī)范》2005（簡(jiǎn)稱“規(guī)范”）及其修改通報(bào)，對(duì)某鋁合金雙體船進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，確定其構(gòu)件大小及相關(guān)信息。按照結(jié)構(gòu)計(jì)算的一般順序介紹了船體結(jié)構(gòu)規(guī)范計(jì)算的全過(guò)程及計(jì)算中的注意事項(xiàng)，為相關(guān)技術(shù)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提供參考。

關(guān)鍵詞：鋁合金艇;規(guī)范計(jì)算;雙體船

中圖分類號(hào)：U663.10 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： In This paper， according to CCS Rules for the Construction and Classification of Coastal Small Crafts （2005） （hereinafter referred to as "Rules"） and its notice of amendment， the structural calculation of an aluminum alloy catamaran boat is made to determine the size of its components and relevant information. According to the general order of the structural calculation， this paper introduces the whole process of hull structural calculation according to the Rules and the matters needing attention in the calculation.

Key words： Aluminum alloy boat; Calculation according to CCS Rules; Catamaran boat

1? ? ?前言

由于復(fù)合材料機(jī)艙存在防火問(wèn)題，中國(guó)船級(jí)社在2018年對(duì)玻璃鋼、碳纖維等復(fù)合材料艇的建造設(shè)置了很多的限制，如果不能證明用于建造該艇的材料可以防火，船級(jí)社不再受理這類船的圖紙審批工作。因此很多原來(lái)制造玻璃鋼艇的船廠逐步轉(zhuǎn)向了制造鋁合金艇。由此可以看出鋁合金艇在未來(lái)的小艇市場(chǎng)上將會(huì)有很大的需求量。本文介紹某雙體鋁合金艇的結(jié)構(gòu)規(guī)范計(jì)算過(guò)程，可為鋁合金艇設(shè)計(jì)及制造提供參考。

2? ? ?船型概述及計(jì)算過(guò)程

2.1? ?船型參數(shù)

必須指出，計(jì)算中應(yīng)注意表1中有義波高H1/3和對(duì)應(yīng)的航速VH的數(shù)據(jù)選取，因?yàn)樵摻M數(shù)據(jù)對(duì)本艇的航速實(shí)施了限定。例如：在有義波高為3 m時(shí)，船舶對(duì)應(yīng)的航速限定為12 kn，如果航速超過(guò)該限定值，就不能保證船在該航速下航行是安全的。

由于加速度acg的值直接影響到船體各個(gè)構(gòu)件的大小，如果超速則有可能船體的強(qiáng)度不能滿足安全航行要求。因此，為了保證船舶的航行安全，在各有義波高下的航速均不能超過(guò)表1給出的限定值。但是設(shè)計(jì)方在設(shè)定限速曲線的時(shí)候，必須參考船舶的設(shè)計(jì)輸入條件，設(shè)計(jì)輸入中船東會(huì)指定本船在什么工況下必須達(dá)到多大的航速，限速曲線必須以此為前提，在滿足這個(gè)前提下進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.3? ?載荷計(jì)算

在確定重力加速度acg的值后，需計(jì)算船體各個(gè)部位的載荷。而在計(jì)算構(gòu)件載荷之前，需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行布置。本文的計(jì)算是基于基本結(jié)構(gòu)圖（圖1）進(jìn)行的。

圖1? 基本結(jié)構(gòu)圖

本船為雙體船，根據(jù)規(guī)范將全船的載荷分為：（1）船底波浪沖擊壓力;（2）連接橋底的壓力;（3）舷側(cè)波浪沖擊壓力;（4）甲板計(jì)算壓力;（5）艙壁計(jì)算壓力;（6）上層建筑和甲板室的計(jì)算壓力。計(jì)算時(shí)，將全船分為4個(gè)不同區(qū)域（艙段）進(jìn)行計(jì)算：尾～#7舵機(jī)艙;#7～#25機(jī)艙;#25～#29空艙;#29～首首尖艙。

需要注意：在計(jì)算船底波浪沖擊壓力Ps時(shí)，縱向壓力分布系數(shù)Kl1的取值為：舯前Kl1 =1、尾端Kl1 =0.5、尾端與船中之間用線性內(nèi)插法取值。由于是分艙段進(jìn)行計(jì)算，艙在縱向有一定的長(zhǎng)度，Kl1是取艙段中部的值，即是一個(gè)平均值。因?yàn)槿绻∈撞康闹祫t載荷計(jì)算值會(huì)偏大構(gòu)件就會(huì)偏保守;而取尾部的值載荷計(jì)算值偏小構(gòu)件就會(huì)不安全。同樣，連接橋的縱向壓力分布系數(shù)Kl2也是一樣道理。

2.4? ?板材計(jì)算

《沿海小船入級(jí)與建造規(guī)范》中，對(duì)板的厚度給出了兩個(gè)公式：最小板厚（g）及計(jì)算板厚（h）取兩個(gè)公式計(jì)算的最大值;另外，計(jì)算需要注意的是σsw的取值，應(yīng)為鋁合金材料的焊后強(qiáng)度，本船采用的鋁合金板材材料牌號(hào)為5083-H116，其焊前屈服強(qiáng)度為215 N/mm2、焊后為125 N/mm2。

2.5? ?型材計(jì)算

《沿海小船入級(jí)與建造規(guī)范》對(duì)主要骨材和次要骨材連同帶板的剖面模數(shù)給出了統(tǒng)一的公式（9），而區(qū)分主要骨材和次要骨材的主要方式就是系數(shù)K的取值，不同位置的構(gòu)件給出了不同的系數(shù)。

同時(shí)規(guī)范對(duì)桁材和縱骨的端部有效剪切面積，給出了限定值的計(jì)算公式（10）、（11）。本船所采用的鋁合金型材材料牌號(hào)為6082-T6，其焊前屈服強(qiáng)度為250 N/mm2、焊后為115 N/mm2。

根據(jù)計(jì)算得出的載荷結(jié)合構(gòu)件大小的計(jì)算公式，可以計(jì)算出全船的構(gòu)件理論值，參照理論值再選取一個(gè)合適的構(gòu)件尺寸再進(jìn)行實(shí)際值的計(jì)算，實(shí)際值超過(guò)理論值就表示實(shí)取的構(gòu)件滿足規(guī)范設(shè)計(jì)的要求。

2.6? ? 主機(jī)基座計(jì)算

《沿海小船入級(jí)與建造規(guī)范》中沒(méi)有給出主機(jī)基座計(jì)算公式，本艇的計(jì)算是根據(jù)<2.3.4.2>有關(guān)章節(jié)進(jìn)行計(jì)算。但該公式只規(guī)定了組合型材的腹板和面板的厚度與腹板高度和面板高度及材料的屈服強(qiáng)度之間的關(guān)系，并不能作為強(qiáng)度校核的計(jì)算公式。由于本艇是鋁合金材質(zhì)，沒(méi)有其他的規(guī)范可供參考，只能參照該公式進(jìn)行粗略計(jì)算。

2.7? ?尾軸架計(jì)算

《沿海小船入級(jí)與建造規(guī)范》中也沒(méi)有給出尾軸架的計(jì)算公式，本艇的尾軸架是參考《海上高速船入級(jí)與建造規(guī)范》進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。采用雙臂尾軸架，材料為船用鋁合金牌號(hào)為5083-H116、材料的抗拉強(qiáng)度Rm=305 N/mm2。

3? ? ?計(jì)算結(jié)果

船體各部位構(gòu)建件尺寸，如表2所列：

4? ? ?結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)中國(guó)船級(jí)社《沿海小船入級(jí)與建造規(guī)范》對(duì)某雙體鋁合金艇進(jìn)行規(guī)范計(jì)算，列出了計(jì)算的過(guò)程及注意事項(xiàng)，為今后的設(shè)計(jì)工作提供一個(gè)參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)船級(jí)社.? 沿海小船入級(jí)與建造規(guī)范[S].? 北京：人民交通出版社， 2005.

[2] 中國(guó)船級(jí)社.《海上高速船入級(jí)與建造規(guī)范[S]，北京：人民交通出版社，2015.