60客位内河高速客船结构设计分析

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2、堕苎!塑矗饬={=计8O年代中期以来,国内水上高速客运事业发展迅猛,已成为中国水上客运不可忽视的重要力量.高速客船以其快速,方便,舒适和安全等特点,日渐成为广大乘客所欢迎的交通工具,已引起造船及航运界的广泛关注.水上高速客运不仅在水上客运占有着越来越重要的地位,而且在诸多客运方式中开始占有一席之地,具有良好的发展前景.6o客位高速客船是航行于长江中上游的高速船舶.鉴于我国内河高速客船的开发刚刚起步,相应的规范体系尚未建立,国外亦无相应的规范可循,故寻求合理的设计依据是设计所面临的首要问题.高速船设计,建造,检验有其特殊的方法和工艺要求.其

3、运营,维护,保养比常规客船更为严格,且更新换代比常规客船更快.因此结构设计套用常规客船的建造规范显然是不台适的.本文沿用中国船级社《海上高速船人级与建造规范)…体系,其中计算波高按长江水系相应航区的波浪参数选取,从而确定结构构件的设计载荷,进行总纵强度及局部强度衡准.1设计载荷的确定1.1高速船的受力及结构特点(1)高速船与常规船的主要区别在于傅氏数n.中国船级社(ccs)颁布的<海上高速船人级与建造规范)(1993)限制与最大静水航速对应的傅氏数n≥0.4;挪威(DrLv)(高速轻型艇人级与建造规范)规定n≥0.46美国(ABS)

4、(高速船人级与建造规范)规定Fr≥0.39.IMO最近制定(国际高速船安全规则)L6J规定v/4v≥0.37,限制航速,相当于Fr≥0.4～0.5.由于n大,船舶在高航速航行时,船底产生的水动升力支承了船的部分重量,当n>0.9时,船舶基本上在波面上滑行,船底频频与波面发生冲击,船体受到严重而经常的砰击载荷.此外,船体首都线型外张,甲板上浪也会产生砰击载荷【2,3J.(2)采用大功率,高转速的柴油机使船体受到较大的周期性动力载荷.(3)为追求高航速,高速船多采用细长体;为提高船舶稳性,主甲板通常落舱,从而导致收稿日捌:1996-01

5、.o9L/D大,对总纵强度极为不利.(4)结构轻型化,使强度储备下降到最低限度,纵向构件稳定性往往不能满足,振动问题也矛盾突出.1.2高速船规范体系的特点CCS,DnV,ABS等规范均考虑了动力载荷:以冲击力决定船体构件尺寸进行局部强度设计;以首,尾出水,舯部船底受到冲击的瞬间平衡状态校核总纵强度;同时规定对纵向强力构件必须进行稳定性计算以及船舶的振动计算,这与常规船舶建造规范的静态强度衡准显然不同.1.3内河高速客船设计载荷的确定综上所述,船舶高速航行时船体所受的波浪冲击力与航速和有义波高有关,而内河高速船与海上高速船所处的环境条件主要

6、差别则在于有义波高不同.为解决设计生产的当务之急,我们提出了借用ccs(海上高速船人级与建造规范)(1993)体系,并将其中的有义波高按长江水系相应航区的有义波高值代替,确定设计载荷进行结构设计及强度衡准.有义波高的确定是一个相当复杂的课题,它涉及到需长期统计预报的水文资料.经到水利部长江水利委员会,船检局河船规范研究所,船检局海船规范研究所等单位进行调查以及对ccs(~河钢船建造规范),(钢质海船人级与建造规范),(海上高速船人级与建造规范)的计算波高与有义波高分析,初步拟定长江B级航区的有义波高胁取为1.2m,并以此为据进行结构设计及

7、强度衡准.此方案得到中国船级社武汉分社的批准.2强度计算分析2.1总纵强度计算按<海上高速船人级与建造规范)(1993)规定,本船应校核波浪中拱及坐坞中垂总纵强度.在计算垂向加速度及波浪冲击力时考虑了船舶遭遇极限波高时必然失速,因此按下式计算了一组V-Hs所对应的垂向加速度,从中选取最大的垂向加速度计算波浪冲击压力.一..__()s式中:n——垂向加速度,m/;V——航速.kn;矾——有义波高,m;￡——船长,m;广重力加速度,Ⅱ.表1V与胁的关系值在进行波浪平衡计算时,首,尾出水部分相当少,为此我们参照3艘海上高速船的计算结果对底

8、部冲击长度柞了相应的调整.求得中拱最大弯曲力矩M一=991.73kN?m,最大剪力Ⅳ～=一145.36kN,总纵强度主要计算结果见表2.20由表中可见:等值梁上,下翼板的剖面模数之比为0.95