高速剛柔艇龍骨受力的分析

摘 要：文章針對剛柔艇高速高強要求日益提高的現狀，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，解決了剛柔艇在高速航行中受沖擊力較大的情況下如何保障艇體強度的關鍵技術。試制結果表明該工藝加強龍骨提高剛柔艇強度，影響艇體速度是可行的，為剛柔艇在高速要求下的設計、制造打下基礎。

關鍵詞：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，海上船艇與內河船艇在抗風浪能力和結構設計等方面有較大的區別，直接從內河轉入海上使用時其性能受到很大限制。內陸江河一般風浪較小，流速適應性是重要的設計指標，而海洋風浪較大，三、四級海況占60%以上，抗風浪設計成為重要指標。

普通船艇縱向剛性弱，海上風浪較大，風浪條件下易出現“拱腰”現象，不利于航行速度的提升，在海上使用受限較大。剛柔艇采用剛性材料作為舟底和高強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。文章主要討論在剛柔艇遇到風浪時如何保證縱向強度以保障高速航行。

1 龍骨加強方案

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）。船體結構設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。由結構力學原理，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芯和常規內芯（木或泡沫塑料）的撓度，可以使我們作出正確的判斷。

2 加設矩形鋼管龍骨芯材的負面影響及對策

加設矩形鋼管后對船舶的負面影響主要有：（1）船體重量有所增加；（2）鋼材銹蝕后影響強度；（3）施工工藝難度有所增加。

在上述幾項負面影響中，船體增加的重量應控制在合理的范圍內針對鋼材的銹蝕問題，采取聚氨酯泡沫分段填充工藝，保證鋼管內部的水密性。其外表面采用機械除銹、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任心等方法，多管齊下，保證產品質量。

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構件進行增強，是復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，加設鋼質構架也是一種常規工藝。在上世紀80年代，本公司曾在抗洪救災船及以后的改型游艇上，采用過矩形鋼管龍骨構架。上述兩種船舶生產量已達近百艘。從上述船艇采用方鋼管龍骨起，至今已三十余年，尚未出現用戶的負面意見反饋。

4 結束語

文章通過對高速剛柔艇艇體及龍骨受力模式分析及計算，得到以下結論：高速剛柔艇技術要求高，成本控制嚴，為達到產品性能好、質量優的目標。我們建議高速剛柔艇采用加設矩形鋼管龍骨芯材的技術方案。從上述計算分析可以得出：（1）加入矩形鋼管龍骨芯材后，艇體的強度和剛度得到明顯增強，并有效低降低了船舶的重心，對提高穩性具有正面效果；（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性能；（3）技術方案對鋼質龍骨芯材的負面影響，提出了有效的應對措施，能夠抵消和解決存在的問題。

綜上所述，我們認為在高速剛柔艇上采用矩形鋼管作為龍骨內芯，其工藝方案和設計思路，在產品性能、施工工藝和成本控制等方面的控制目標來綜合考量是可行的。

參考文獻

[1]徐向東，崔維成.船體梁與加筋板極限強度可靠性設計（英文）[J].船舶力學，2001（3）.

[2]何福志，萬正權.船體結構總縱極限強度的簡化逐步破壞分析[J].船舶力學，2001（5）.

[3]楊平.船體結構極限強度及破損剩余強度的研究[J].船舶與海洋結構物設計制造，2005.

作者簡介：劉永慧（1984，9-），男，漢族，河北高陽人，2006年6月畢業于中北大學，學士，現就職于秦皇島耀華玻璃鋼股份公司，工程師，研究方向：復合材料在建筑、交通、船舶制造、包裝器材、防腐工程等方面的應用。